3.4 Системная отработка конструкции

и технологии ЭА [24]

Конструкцию ЭА можно рассматривать как сложную систему s, принадлежащую множеству S, которое представляет собой отношение на (непустых) множествах объектов производства R и технологических процессов Q:

S  R  Q,

где  – знак Декартова (прямого) произведения.

Технологический процесс – это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства (испытания и контроль). Это определение указывает внешние системные связи технологического процесса. С одной стороны, являясь частью производственного процесса, технологический процесс связан со структурой производства, с другой – со структурой и параметрами объектов производства. Для ЭА свойства объектов производства определяются конструкцией.

Технологический процесс, наряду с внешними системными связями, имеет сложную внутреннюю структуру. Он формируется путем объединения технологических операций в соответствии с некоторой технологической схемой, связанной с преобразованием объекта производства.

Технологическая операция – это законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте.

Задача оптимального выбора варианта конструкции s_опт  S решается в условиях разнообразия элементов множеств R и Q, что приводит к многоальтернативному заданию системы s. Технико-экономические показатели каждого варианта системы определяются численными значениями некоторого набора показателей . Поиск оптимального варианта системы заключается в выборе варианта системы с наилучшими показателямиy_{i опт}, которая образуется при объединении элементов множества R, обладающих разнообразием, в одно организационное целое s с помощью принадлежащей множеству Q формы регулярного взаимодействия.

Таким образом, системная отработка конструкции и технологии ЭА представляет собой оптимальный выбор технологических операций из множества Q, обеспечивающий при заданных электрической принципиальной схемы, связях с внешней средой (окружающая среда, объект, оператор и т.п.) формирование из элементов множества R элементов более высокого уровня N с такими физическими свойствами, что при их пространственном объединении Q_пр в систему s выполняются требования к показателям y_i и удовлетворяются условия, определяемые механическими, тепловыми, магнитными и энергетическими связями. Процессы образования конструкций ЭА и их функционирования имеют неизбежный, неустранимый стохастический характер, поэтому задачу оптимального выбора следует формулировать в вероятностной форме:

где Р{} – обозначение вероятности события;

–обозначения случайных величин;

t_ф – интервал времени, в течение которого рассматривается функционирование ЭА;

y_{i опт} – требования к показателям системы y_i;

–функции, описывающие соответственно механические, тепловые, магнитные и энергетические связи;

Q_{мех отп}, Q_{тепл опт}, Q_{магн опт}, Q_{эн опт} – условия, определяемые соответственно механическими, тепловыми, магнитными и энергетическими связями.

Системная отработка конструкции и технологии ЭА в соответствии с приведенными соотношениями осуществляется, исходя из следующих требований:

• к показателям класса изделий (первый уровень системной отработки);

• к показателям единичного изделия (второй уровень системной отработки);

• к показателям производства изделий заданной номенклатуры и количества (третий уровень системной отработки).

Требования первого уровня используются при формировании конструкторско-технологической базы электронных изделий. Они определяются современными достижениями науки и техники и перспективами их развития. Обеспечение этих требований осуществляется путем формирования подмножеств и .

Требования второго уровня связаны с правилами отработки конструкции изделия на технологичность согласно ЕСТПП. Обеспечение этих требований осуществляется путем согласованного выбора конкретных элементов подмножеств .

Требования третьего уровня позволяют сбалансировать программу выпуска изделий, производственные ресурсы, поставки, перспективы развития предприятия с решениями, принятыми на первых двух уровнях.

В современном производстве ЭА можно выделить следующие основные технологические структуры:

а) технологические процессы структурообразования, направленные на формирование физической структуры электрорадиоэлементов и микросхем;

б) технологические процессы формообразования, направленные на получение из заготовок деталей определенной формы, чаще всего выполняющих роль несущих конструкций;

в) технологические процессы сборки и монтажа, направленные на создание сборочных единиц и изделий.

Для каждой технологической структуры задачи системной отработки формируются по разному, что и приводит к специфике оптимизационных моделей.

Множество R представляет собой совокупность j-х элементов (), обладающих разнообразием, т.е.

где n – число элементов в множестве R.

Множество Q обладает разнообразием типов технологических операций q_i:

где L – число элементов, входящих в множество Q,

и разнообразием последовательности операций при формировании элементов N или системы s.

Задача системной отработки первого уровня для технологических процессов структурообразования состоит в формировании множества конструкторско-технологических способов с минимальным набором q_n, позволяющих получить физические структуры, показатели которых не хуже заданных.

На втором уровне системной отработки для технологических процессов структурообразования проводится согласованный выбор варианта топологии, материалов для формирования структуры, типа технологических операций обработки и технологического оборудования.

Задачу системной отработки третьего уровня в силу целого ряда особенностей процесса приходится решать совместно с предыдущей задачей (второй уровень). Это означает, что наряду с выбором технологии, материалов, технологического оборудования должно проводиться согласование производственных мощностей отдельных участков в рамках технологического комплекса с возможными вариантами программы выпуска изделий.

Задача системной отработки первого уровня относительно конструктивных элементов определенной формы (геометрические размеры, контур, отверстие и т.п.) решается с учетом важной особенности технологии формообразования, которая заключается в возможности получения какого-либо первичного элемента конструкции ЭА не одним, а несколькими способами (например, литьем, давлением, механической обработкой).

Выбор конструктивных элементов проводится на уровне элементов r_j, каждый из которых характеризуется набором пространственных, механических, тепловых, электрических и экономических показателей.

Системная отработка второго уровня связана с согласованным выбором типа материала, заготовки и технологического оборудования для образования конструктивных элементов определенной формы, позволяющих получить всю совокупность деталей электронного изделия.

Задача системной отработки третьего уровня решается совместно с задачей второго уровня, так как в зависимости от выбранного типа технологического оборудования, на котором осуществляется формообразование конструктивного элемента, зависит степень сбалансированности каждого участка производства, имеющего определенные ресурсы, порядок загрузки оборудования и выполнения работ, с программой выпуска анализируемого электронного изделия.

Задача системной отработки первого уровня процесса сборки заключается в выборе из множества типов технологического оборудования и приспособлений, соответствующих определенным конструктивным признакам соединяемых деталей и наименованиям технологических операций, некоторой группы, показатели элементов которой отвечают передовому опыту предприятия и опережающим требованиям научно-технического прогресса. Номенклатура показателей для решения задачи выбора определена требованиями ЕСТПП.

На втором уровне системной отработки проводится согласованный выбор варианта соединяемых деталей и типа технологического оборудования или приспособления.

На третьем уровне системной отработки выбирается структура технологического комплекса сборки, связанная с реализацией различных методов обеспечения точности (методы полной, неполной взаимосвязанности, метод селекции и т.п.) с распределением операций между рабочими местами и ориентированная на определенную номенклатуру изделий и программу их выпуска.

На всех уровнях системной отработки технологических процессов структурообразования, формообразования и сборки строятся многоальтернативные оптимизационные модели.

Вопросы для самоконтроля

1. Структурная схема большой системы.

2. Цель функционирования подсистемы конструкторского проектирования.

3. Стадии процесса конструирования.

4. В соответствии с чем выполняется конструкторская документация.

5. Какие документы относятся к конструкторской документации.

6. Какие пять основных свойств должны быть отражены на чертеже.

7. Факторы, определяющие конструкцию ЭА.

8. Стадии разработки ЭА и конструкторской документации.

9. Принципы проектирования изделия.

10. Противоречия, которые приходится решать при конструировании.

11. Методы конструирования, их характеристика.

12. Определение понятия компоновки.

13. Методы компоновки, их характеристики.

14. Классификация структур конструкций ЭА.

15. Отношение между конструкцией и воздействием.

16. Что такое прочность конструкции и устойчивость конструкции.

17. Чем регламентируется проектирование технологии.

18. Группы процессов изготовления ЭА.

19. Какими документами устанавливаются стадии разработки технологической документации.

20. Главные факторы, определяющие требования к технологичности изделия.

21. Что понимается под производственной технологичностью конструкции изделия.

22. Что понимается под эксплуатационной технологичностью конструкции изделия.

23. Основные технологические структуры в производстве ЭА.