3. Конструирование иу

Вопросы конструирования приборов и систем детально рассматриваются в дисциплинах учебного плана, формирующих конструкторскую подготовку выпускников: «Детали приборов и основы конструирования», «Конструирование измерительных приборов» и др.

Конструирование ИУ практически не поддается математическому описанию. Эта область творческой деятельности скорее является искусством. В ней важное значение имеют практический опыт, интуиция, геометрическое воображение и склонность к изобретательству. Вместе с тем, нельзя полностью отделять конструирование от научно обоснованного подхода.

Проектирование и конструирование взаимосвязаны, дополняют друг друга и выполняются специалистами одной профессии – инженерами – конструкторами. Однако это две разные стороны одного и того же процесса, направленного на создание новой техники. В этом процессе проектирование поглощает конструирование, создавая условия, для успешной разработки конструкции конкретного варианта ИУ. Различие между проектированием и конструированием может быть наглядно выражено фразой: проектирование отвечает на вопрос «как устроен прибор», а конструирование - на вопрос «из чего устроен прибор», т.е., осуществляя проектирование, разрабатывают модель и принципы построения ИУ , а конструируя прибор, выбирают материалы и способы соединения деталей, разрабатывают чертежи, обеспечивают выполнение требований к технологичности, удобству наладки, монтажа, эксплуатации и пр. Именно на этом этапе прибор приобретает материальную (правда, только в конструкторской документации) реализацию [25].

Конструирование, как и функциональное проектирование, разделяется на уровни, отличающиеся степенью детализации объектов конструирования (табл. 1.3).

Таблица 1.3.

Структура конструирования

№	Уровень конструирования	Объект конструирования
1	Компоновочный	Комплект
2	Функциональный	Комплекс
3	Уровень узлов	Сборочная единица
4	Уровень деталей	Деталь

На верхнем компоновочном уровне разрабатывается общая компоновка конструкции ИУ, которая представляется в виде сочетания комплектов. Каждый из них представляет собой набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение. Далее идут уровни, на которых разрабатываются конструкции отдельных частей ИУ: комплексов (функциональный уровень), сборочных единиц (уровень узлов) и деталей (уровень деталей).

В учебном пособии [32] указаны основные задачи и даны общие рекомендации, которыми следует руководствоваться при конструировании элементов приборных устройств. Перечислим их:

1. Исходным документом для разработки конструкции является техническое задание. Отступление от технического задания без согласования с Заказчиком недопустимо.

2. Основной задачей при конструировании должно быть получение гармоничной конструкции, т.е. такой конструкции, все элементы которой обладают одинаковой степенью соответствия требованиям надежности, точности, жесткости, прочности, требованиям художественного конструирования и др.

3. На стадии эскизного проектирования необходимо добиваться рациональной компоновки сборочных единиц, обеспечивая необходимые (наименьшие) габариты, удобство сборки, регулировки, замены деталей или узлов при ремонте и пр.

4. При выборе материалов и термообработки деталей необходимо, чтобы обеспечивались их необходимые свойства: работоспособность (прочность, жесткость, износостойкость), малые масса и габариты, антикоррозионная стойкость, необходимые электроизоляционные свойства, фрикционные свойства и пр. При конструировании деталей из пластмасс, рассчитанных на длительный срок эксплуатации, необходимо учитывать их старение, сопровождаемое постепенным изменением механических характеристик и размеров таких деталей.

5. Конструктор обязан разработать технологичную конструкцию, т.е. такую конструкцию, для изготовления которой требуются минимальные затраты времени, труда и средств в условиях данного производства.

6. При конструировании необходимо широко использовать стандартные и унифицированные изделия.

7. При конструировании необходимо обоснованно задавать класс точности изготовления детали посредством назначения предельных отклонений на ее размеры, форму, взаимное расположение и шероховатость поверхностей.

8. В конструкции должны быть предусмотрены устройства, обеспечивающие хорошую смазку элементов, работающих в условиях трения. При этом особое внимание необходимо уделять правильному подбору смазки, учитывая условия работы изделия – температуру, вид нагрузки и пр.

Этапы проектно-конструкторских работ, основы и особенности конструирования оптических приборов подробно рассмотрены в учебном пособии [9]. Специфика конструирования таких приборов заключается в том, что их показатели качества, и в первую очередь точность, надежность и технологичность, в существенной степени зависят от выполнения правил и принципов конструирования, изложенных в этой работе.

Отличительной чертой современного этапа развития приборостроения является повышение роли и значения технологических процессов при создании новых средств измерений. Это объясняется значительным (иногда определяющим) влиянием применяемых материалов, режимов их обработки и технологических процессов на выходные характеристики создаваемых ИУ. Особенно ярко это проявляется при проектировании микромеханических приборов [15]. Высокие метрологические и эксплуатационные характеристики этих приборов достигаются за счет объединения уникальных свойств кристаллов и современных достижений в области микроструктур, микроэлектроники, микромеханики и планарной технологии. Поэтому задачи проектирования, конструирования и изготовления современных ИУ неразрывно связаны друг с другом. Учитывая это работы, связанные с разработкой конструкции и технологии изготовления ИУ, объединяют общим названием – конструкторско-технологическое проектирование.