Основы проектирования электронных средств Материалы к Экз ОПЭС-2014 РК-01-02 / Назаров_Конструирование_РЭС

лесообразно осуществлять без проведения соответствующих исследований. НИР проводят с целью получения основных исходных данных для разработки ТЗ на новую модернизированную аппаратуру. Требования к НИР определяются ГОСТ 15.001-80 и проводятся поэтапно.

Первый этап — разработка ТЗ. Этот документ является исходным и определяет цель, содержание, порядок проведения работ, а также намеченный способ реализации результатов НИР. В общем случае ТЗ на НИР должно состоять из следующих разделов: основание для проведения НИР, цель и исходные данные для проведения НИР, этапы НИР, основные требования к выполнению НИР, способ реализации НИР, перечень технических документов, предъявляемых по окончанию НИР, порядок рассмотрения и приемки НИР, технико-экономические обоснования НИР, приложения.

Второй этап — выбор направления исследования. Идет сбор и изучение научно-технической литературы, научно-технической документации (НТД) об аналогах и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме. Проводятся эксперименты, рассматриваются результаты эксплуатации аналогов. На этом этапе проводят патентные исследования и составление тематического обзора.

Третий этап — теоретические и экспериментальные исследования. Проводится разработка рабочих гипотез построения моделей объекта исследований, обоснование допущений. Разрабатывается методика экспериментальных исследований, подготавливаются модели, испытательное оборудование. Сопоставляются теоретические и экспериментальные данные. При необходимости составляется промежуточный отчет.

Четвертый этап — обобщение и оценка результатов исследований. Обобщаются результаты предыдущих этапов работы. Формулируются технические требования для ТЗ на проведение ОКР. Составляется и оформляется отчет. Рассматриваются результаты проведения НИР и производится приемка работы в целом. При положительных результатах НИР проводится комплекс работ по разработке конструкций РЭС

(ОКР).

Проведение ОКР регламентируется ГОСТ 2.403-68. Работа осуществляется под единым техническим и научным руководством в двух взаимосвязанных направлениях: по электрической схеме и конструкции.Разработкой схем и принципа действия, включая макетирование и экспериментальную проверку электрических схем, заняты радиотехниче-ские подразделения. Разработка конструкций, включая все исследования конструкции РЭС и составных частей, выполняется конструкторскими подразделениями. Исследования опытных образцов проводятся совместно.

52

В общем случае выполняются три проектные стадии: техническое предложение, эскизный проект, технический проект.

Техническое предложение разрабатывается с целью выявления дополнительных или уточнения существующих требований к изделию. Объем технического предложения определяется ТЗ, а требования к его выполнению устанавливает ГОСТ 2.118-73.

Техническое предложение — совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономиче- ские обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа ТЗ заказчика и различных вариантов возможных решений изделий.

При разработке технического предложения может обнаружиться, что для принятия окончательного варианта не хватает информации. В этом случае необходимо провести дополнительные исследования, которые могут носить теоретический или экспериментальный характер. Чаще всего они включают изготовление экспериментальных образцов или моделей.

Техническое предложение разрабатывается проектной организацией или НИИ и затем передается заказчику для дальнейшей проработки по установленному оптимальному варианту.

Эскизный проект разрабатывается в том случае, если это предусмотрено ТЗ или протоколом рассмотрения технического предложения. В эскизном проекте производится конструкторская проработка оптимального варианта до уровня принципиальных конструкторских решений, дающих общее представление об устройстве и принципах работы изделия. Требования к выполнению эскизного проекта устанавливает ГОСТ 2.119-73. На этой стадии закладываются основы применения типовых, стандартизированных и унифицированных составных частей разработки.

Эскизный проект - совокупность конструкторских документов, которые должны содержать принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе работы изделия, а также назначение, основные параметры и габаритные размеры. В эскизном проекте подтверждаются или уточняются требования к изделию, установленные ТЗ и техническим предложением. На основе проводимых конструкторских проработок разрабатываются новые, уточненные технические требования и уточняются новые технические параметры. Рассчитываются необходимые технико-экономические показатели, которые заложены при разработке эскизного проекта.

Технический проект разрабатывается в том случае, если это предусмотрено ТЗ, протоколом рассмотрения технического предложения и эскизного проекта. Требования к выполнению технического проекта

53

устанавливает ГОСТ 2.120-73. В техническом проекте должны быть решены все вопросы, обеспечивающие технический уровень нового изделия как в процессе изготовления, сборки, испытания, так и в процессе эксплуатации. Проводится детальная и окончательная отработка схемных и конструктивных решений, включая создание чертежей на все важные узлы, блоки и приборы. Должна быть закончена проработка всех вопросов защиты от внешних воздействий, доступа при ремонте и контроле, привязка к объекту установки (носителю), уточнено расположение органов управления и т.п.

Технический проект — совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и включающие в себя данные, необходимые и достаточные для разработки рабочей КД. Номенклатуру КД технического проекта устанавливает ГОСТ 2.102-68. Обязательными документами являются чертеж общего вида, ведомость технического проекта и пояснительная записка.

Документам технического предложения присваивается литера «П»; эскизного проекта — «Э»; технического проекта — «Т».

На стадии рабочего проектирования решаются вопросы конструкторских и технологических разработок оригинальных деталей. Устраняются все замечания, выявленные при обсуждении и принятии технической документации предыдущих стадий проектирования.

Различают три стадии рабочего проектирования: стадию опытного образца, стадию установочной серии, стадию установившегося производства.

В пределах каждой стадии установлена определенная последовательность работ по этапам. На стадий опытного образца разрабатывают КД для изготовления опытного образца, на основании которой производят подготовку опытного производства, подготавливают опытный образец, проводят его заводские испытания. По результатам изготовления и испытаний производят корректировку КД с присвоением литеры «О». По откорректированной КД дорабатывают опытный образец до полного соответствия литере «О», после чего проводят приемочные испытания. Результаты приемочных испытаний фиксируются в протоколе, на основании которого производят корректировку КД с присвоением литеры «O1». На основании КД с литерой «O1» осуществляют подготовку серийного производства на заводе изготовителе.

На стадии установочной серии на серийном заводе изготавливают установочную серию изделий и подвергают их испытаниям для выявления недостатков, почему-либо оставшихся незамеченными в опытном образце или возникших в условиях производства на данном предприя-

54

тии. По протоколу испытаний производят корректировку КД с присвоением литеры «А» и передают подлинники КД на завод.

На стадии установившегося производства при изготовлении и ис-

пытании головной серии корректируют КД по результатам авторского надзора с учетом возможных отклонений по мере отработки технологического процесса и обеспечивающей его оснастки. По протоколу испытаний производят корректировку КД с присвоением литеры «Б», что дает право наладить серийное и массовое производство изделия. КД на изделие для разового изготовления присваивают литеру «И».

55

ный диапазон РЭС, источники помех, быстродействие и объем памяти вычислителей, состав всего изделия и возможности его конструктивного расчленения на функционально законченные устройства или блоки. Исходя из назначения, объекта установки, требований к материальным параметрам с помощью комплексного показателя качества обосновывается выбор направления конструирования (на печатных платах с корпусированными ИС и МСБ либо микросборочное бескорпусное конструирование), которое должно быть утверждено главным конструктором разработки. После выбора направления конструирования и анализа возможностей разбиения электрической схемы всего устройства на блоки необходимо определить, сколько содержится (или будет содержаться) в электрической принципиальной схеме каждого блока корпусированных ИС или бескорпусных МСБ; при этом надо учесть, что на площади 24x30 мм тонкопленочной подложки возможно разместить порядка 12 бескорпусных ИС.

Выбор элементной базы является одним из главных этапов обеспечения качества изделия. В ряде случаев этот выбор может быть сделан из широкого круга представленной номенклатуры элементов и осуществлен с помощью критерия предпочтения. В других случаях, в особенности в диапазоне КВЧ, этот выбор весьма узок, поэтому может случиться, что по электрическим параметрам активные элементы удовлетворяют разработчика, а по условиям работы — не удовлетворяют. Тогда конструктору предстоит обеспечить этим элементам нормальные условия функционирования за счет принятия соответствующих конструктивных решений, например улучшение теплоотвода от мощных транзисторов СВЧ введением брокеритовых вставок (разд. 3.5).

Анализ конструктивных аналогов и выбор прототипа выполняется с целью представления конструктору образа будущего изделия и выбора всего самого ценного из ранее сделанного в конструкции. В качестве конструкторских аналогов в соответствии с ГОСТ 2.116-81 надо выбирать изделия, имеющие то же функциональное назначение и соответствующее лучшим отечественным и зарубежным аналогам. Из всех аналогов выбирают наиболее подходящий прототип, по функциональным и материальным показателям которого можно рассчитать удельные коэффициенты (разд. 1.1) и далее использовать их для оценочных расчетов масс и габаритов разрабатываемого изделия.

Выбор метода конструирования во многом определяется назначением и условиями эксплуатации изделия. Как известно [10], одним из общих методов конструирования является модульный (или базовый), основанный на принципах функциональной и размерной взаимозаменяемости, схемной и конструктивной унификации. На его основе были разработаны унифицированные функциональные узлы, микромодули, ин-

56

тегральные схемы (разд. В.2), а с введением базовых несущих конструкций (БНК) — многие конструкции современных ЭВМ, самолетных РЭС и др. Этот метод может быть рекомендован для РЭС наземного использования многоблочных конструкций. Иногда неправильно считают, что »для бытовой радио- и электронной аппаратуры, такой как телевизионные приемники и калькуляторы, этот метод наиболее приемлем с использованием БНК. По-видимому, БНК тут ни при чем, а на первый план должны быть выдвинуты требования эргономики и дизайна.

При конструировании бортовых РЭС, например ракетных, космических, для которых предъявляются жесткие требования к массе, габаритам и форме, отраслевая унификация вряд ли приемлема. Поэтому в этих конструкциях наблюдается четко выраженная как схемная, так и конструктивная специфика методов конструирования. Однако при выборе компоновки можно различать два основных метода: блочный и функционально-узловой (объемная и планарная компоновка). Для самолетных РЭС нетранспортной авиации характерна моноблочная компоновка устройств по «разбросанному варианту» в пределах фюзеляжа, а для транспортной авиации — в стойках по функционально-узловому методу. Для ракетных РЭС практически всегда применим функцио- нально-узловой метод с компоновкой в контейнерах, для космических аппаратов — комбинированный. После выбора метода конструирования, зная состав каждого блока или устройства, инженеры-конструкто- ры КБ выбирают варианты компоновочных схем ФЯ, а далее блоков и компонуют их в общих несущих конструкциях. При этом разрабатывается эскизная проектная документация на изделия в виде сборочных чертежей и спецификаций. При ее разработке учитываются ранее выявленные требования на условия эксплуатации, электромагнитную совместимость, форму, массу, габариты и др.

Конструкторские расчеты позволяют получить ответ на следующие вопросы: удовлетворяет ли разработанная конструкция требованиям вибро- и ударопрочности, нормального теплового режима. Допустимых массы, габарита, соответствует ли мировым стандартам по показателям качества или нет. Если хотя бы по одному из параметров расчет не подтверждает допустимой величины, то конструкция должна быть переработана. Если же при расчетах выявляются чрезмерные запасы по параметрам, то и в этом случае конструкция требует изменений, например уменьшения массы за счет неоправданного увеличения ее жесткости.

Оптимизация (синтез) конструкции подразумевает выявление среди группы показателей качества конструкции наиважнейшего — целевой функции — и перевод всех остальных параметров в разряд ограничений или условий. С помощью известных методов оптимизации определяют оп-

57

Q 4 = 0,35 • 0,85 + 0,1 • 0,999 = 0,3974.

Таким образом, третий вариант (серия К531) — предпочтительнее. Аналогичным образом можно выбирать материалы печатных плат,

корпусов, рамок, а также типы ЭРЭ, если среди многих их характеристик выбрать наиболее влияющие на качество РЭС, например на жесткость и прочность несущих конструкций, надежность, стабильность и точность ЭРЭ и т.п.

3.2.Конструирование цифровых функциональных ячеек

иблоков на печатных платах

Конструкции цифровых РЭС, выполненные на печатных платах, относятся к конструкциям III поколения, достоинства и недостатки которых были рассмотрены в разд. В. 2. Здесь же отметим основные особенности конструктивов ячеек и блоков этого поколения для цифровых РЭС и связанные с ними правила конструирования.

Первой особенностью этих конструктивов является регулярность компоновки, т.е. размещения основных базовых элементов конструкции, например ИС, на несущей конструкции — печатной плате рядами и столбцами, вызванная регулярностью построения самой схемы устройства. Такая же регулярность компоновки соблюдается и при размещении ФЯ в блоки, а блоков — в стойки, шкафы и пульты.

Второй особенностью следует считать планарность формы основного типового элемента замены (ТЭЗ) — функциональной ячейки, обусловленную применением корпусированных ИС широкого применения плоской прямоугольной формы (табл. 3.2).

Третья особенность таких конструктивов состоит в том, что они используются для создания цифровых РЭС, как правило, наземного применения в виде многоблочных крупногабаритных устройств и комплексов, например наземных ЭВМ. Это накладывает свой отпечаток на габариты печатных плат (наиболее употребительными размерами их являются 170x75 мм и 170x200 мм, хотя в ряду рекомендуемых есть и меньшие размеры).

Четвертой особенностью конструктивов является наличие значительных тепловых напряженностей в них, поскольку в многоблочных конструкциях общее число компактно расположенных микросхем может достигать нескольких тысяч, что требует часто дополнительных систем охлаждения, например принудительной вентиляции.

Наконец, пятой особенностью конструктивов являются требования повышенной эксплуатационной взаимозаменяемости ТЭЗ, ремонтопригодности и технологичности конструкций, что приводит к необходимо-

• а ,