Балаковский институт техники, технологии и управления (филиал)

ГОУ ВПО Саратовский государственный технический университет

Факультет инженерно-строительный

ЛЕКЦИИ

по дисциплине «КТОП»

специальности 220201.65-Управление и информатика в технических системах

для студентов очной формы обучения

Автор: к.т.н. доцент Грицюк С.Н.

2010 г.

ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Конструктивно-технологические особенности проектирования

изделий систем управления»

для специальности 220201.65 - Управление и информатика

в технических системах

1 лекция

Классификация электронно-вычислительной аппаратуры по

функциональному назначению, условиям эксплуатации

и конструктивной базе.

Цель: изучение различных классов электронно-вычислительной аппаратуры.

Задачи:

1. Рассмотреть понятия: конструкция ЭВА, несущая конструкция, базовая несущая конструкция.

2. Изучить классификацию ЭВА по функциональному назначению.

3. Изучить классификацию ЭВА по условиям эксплуатации.

4. Изучить классификацию ЭВА по конструктивной базе.

Учебная информация

Современная электронно-вычислительная аппаратура (ЭВА) эффективно используется во всех сферах научной и производственной деятельности народного хозяйства, а также широко применяется в быту. Конструирование, являясь составной частью процесса разработки систем автоматического управления (САУ), представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ, при выполнении которых необходимы:

- учет разносторонних требований к конструкции;

- знание современной технологии, схемотехники, импульсной техники, сопротивления материалов, теории надежности и других теоретических и прикладных дисциплин.

Конструкция ЭВА – совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, находящихся в пространственной, механической, тепловой, электромагнитной и энергетической взаимосвязи. Эта взаимосвязь определяется электрическими схемами и конструкторской документацией и обеспечивает выполнение аппаратурой заданных функций с необходимой точностью и надежностью в условиях воздействия на нее различных факторов: эксплуатационных, производственных, человеческих.

Вся ЭВА делится по функциональному назначению, условиям эксплуатации, схемотехнической и конструктивной базе.

По функциональному назначению ЭВА делится:

- радиолокационная;

- телевизионная;

- аппаратура радиосвязи;

- аппаратура проводной связи;

- телеграфная;

- звукозаписывающая;

- вычислительная;

- аппаратура телемеханики;

- аппаратура автоматического регулирования и управления;

- гидролокационная;

- ультразвуковая и др.

Факторы, влияющие на работоспособность ЭВА, делятся на климатические, механические, радиационные. Действие того или иного климатического фактора на работоспособность РЭА определяется климатической зоной, в которой эксплуатируется аппаратура.

Условия эксплуатации зависят от вида помещения или укрытия, где расположена аппаратура. В соответствии с этим ЭВА делят на 5 категорий:

1 категория – аппаратура, предназначенная для эксплуатации на открытом воздухе;

2 категория – аппаратура для работы в помещениях, где условия мало отличаются от открытого воздуха (например, палаточный навес, кузов машины и т.д.);

3 категория – аппаратура, предназначенная для эксплуатации в неотапливаемых закрытых помещениях с естественной вентиляцией;

4 категория - аппаратура, предназначенная для эксплуатации в закрытых, отапливаемых, вентилируемых помещениях;

5 категория - аппаратура для работы в помещениях с повышенной влажностью (например, трюм корабля, подвалы и т.д.).

В зависимости от того, какие дестабилизирующие факторы воздействуют на аппаратуру, её конструкция должна быть тепло- и хладоустойчивая; влагоустойчивая; вибро- и ударопрочная; работающая в зоне ионизирующих излучений.

Характер и интенсивность воздействия климатических (в меньшей степени), механических и радиационных (в большей степени) факторов зависят от тактики использования и объекта размещения РЭА.

Классифицируя РЭА по этому признаку, ее можно разделить на стационарную, транспортируемую и портативную. Каждая из этих групп включает в себя аппаратуру различных классов и назначения.

По схемотехнической (элементной) базе ЭВА оценивается номером поколения. Поколение ЭВА - это совокупность функциональных, конструктивных, технологических показателей определенного вида изделий, разработанных (разрабатываемых) с использованием новых научно - технических достижений в течение одного временного интервала.

По конструктивной базе устройства ЭВА можно разделить на механические детали и узлы управления; несущие конструкции (НК).

Механические детали и узлы управления служат для плавного или скачкообразного, вращательного или поступательного перемещения исполнительных устройств (ИУ) при изменении положения подвижных частей которых меняются входные, выходные и другие параметры аппаратуры. К механическим деталям и узлам управления относятся кнопки, ручки управления, фиксаторы и др.

Несущая конструкция (НК) - это сложная механическая система, состоящая из большого количества различных деталей и элементов, соединенных между собой разъемными и неразъемными соединениями. Несущая конструкция обеспечивает необходимое положение ЭРЭ в пространстве, наличие определенных электрических и магнитных связей между ними, защиту от дестабилизирующих факторов условий эксплуатации, придает изделию товарный вид. К НК обычно относят печатные и монтажные платы, рамки, каркасы, шасси и кожухи блоков, рамы, стеллажи, стойки, шкафы и другие детали аналогичного назначения.

Вопросы для самопроверки:

1. Дайте определение конструирования и конструкции ЭВА.

2. Как классифицируется ЭВА по функциональному назначению?

3. Как классифицируется ЭВА по условиям эксплуатации?

4. Какие категории ЭВА Вы знаете?

5. Что такое поколение ЭВА? По каким признакам ЭВА делится на поколения?

6. Как классифицируется ЭВА по конструктивной базе?

7. Дайте определение несущей конструкции и базовой несущей конструкции.

2 Лекция Методы стандартизации. Понятие надежности эва.

Цель: изучение методов стандартизации ЭВА и понятия надежности аппаратуры.

Задачи:

1. Рассмотреть принципы и основы стандартизации ЭВА.

2. Изучить качественные характеристики надежности аппаратуры.

3. Изучить количественные характеристики надежности аппаратуры.

Учебная информация

Стандартизация - это метод обеспечения единства качества параметров массовой промышленной продукции, снижение её разнообразия и трудоёмкости изготовления путем установления обязательных норм на параметры изделий или производственные процессы. Документами, регламентирующими установленные нормы, являются ГОСТ, которые обязательны к применению наравне с государственными законами. Помимо государственных, существуют отраслевые стандарты (ОСТ), обязательные к применению в отдельных отраслях промышленности. Главными в стандартизации являются общетехнические нормы, в том числе ЕСКД.

Нормализация - это метод внедрения в пределах предприятия, объединения или отрасли, рационально ограничивающих разнообразие типоразмеров, конструкций, материалов и других норм общей применяемости.

Преемственность - это объем применения во вновь разработанном изделии ранее разработанных и освоенных производством деталей и узлов. Этот метод снижает сроки разработки рабочей документации и стоимость подготовки производства за счет использования имеющегося инструмента.

Повторяемость характеризуется числом одинаковых узлов и деталей в изделии. При разработке конструкции требование сокращения номенклатуры деталей за счет увеличения повторяемости их в одном изделии приводит к упрощению конструкции и снижению стоимости.

Типизация - процесс целесообразного сокращения многообразия конструкций за счет создания типовых, широко применяемых деталей и узлов. Высшей формой типизации конструктивных составляющих является унификация изделий, узлов и деталей.

Унификация - это процесс сокращения многообразия типовых деталей, узлов или изделий путем объединения их в группы по определенным признакам и функциям. Унифицированные элементы конструкций предназначены для многократного применения в различных системах ЭВА.

Широкий охват элементов РЭА унификацией осуществляется при создании унифицированных рядов функциональных изделий, схожих по форме и отличающихся между собой параметрами или при создании изделий, составленных из типовых деталей, отличающихся только размерами.

Параметрические ряды охватывают элементы с градацией параметров. Эти ряды могут быть представлены в виде мощности, ёмкости, сопротивления и т.д.

По характеру образования параметрические ряды имеют разновидности: размероподобные, однотипные, типоразмерные.

Размерные ряды охватывают геометрически подобные изделия. Различают произвольно – компоновочные и кратно - изменяющиеся ряды размеров.

Уровень стандартизации и унификации разрабатываемой аппаратуры определяется количественными показателями: коэффициентами стандартизации, унификации, применяемости и повторяемости.

Надежность – это свойство ЭВА выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортирования. Надежность состоит из сочетания свойств: безотказности, долговечности, ремонтопригодности, сохраняемости.

Безотказность – это свойство изделия сохранять работоспособное состояние в течение установленного в технической документации времени. Характеризуется вероятностью безотказной работы, интенсивностью отказов, средней наработкой на отказ.

Случайное событие, приводящее к полной или частичной утрате работоспособности изделия, называется отказом. Отказы по характеру изменения параметров аппаратуры до момента их возникновения подразделяются на внезапные и постепенные.

К элементам, для которых преобладающими являются внезапные отказы, относятся ЭРЭ, а том числе ИС, элементы проводного монтажа, сварные и паяные соединения, разъемы, печатные платы, металлизированные отверстия и т.д.

По взаимосвязи между собой различают отказы независимые, не связанные с другими отказами, и зависимые. По повторяемости возникновения отказы бывают одноразовые (сбои) и перемежающиеся. По наличию внешних признаков различают отказы явные, т.е. имеющие внешние признаки после их появления, и неявные (скрытые), для обнаружения которых требуется провести соответствующие действия. По причине возникновения отказы подразделяют на конструкционные, производственные и эксплуатационные, вызванные нарушением установленных норм и правил при конструировании, производстве и эксплуатации ЭА. По характеру устранения отказы делятся на устойчивые и самоустраняющиеся. Все изделия подразделяют на восстанавливаемые и невосстанавливаемые.

Долговечность - свойство изделия сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной степени технического обслуживания и ремонта. Важным свойством повышения долговечности аппаратуры является ремонтопригодность.

Ремонтопригодность – это свойство изделия, заключающееся в приспособленности к обнаружению и предупреждению причин возникновения отказов, повреждений, а также поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Повышение ремонтопригодности производится за счет применения стоек, шкафов, корпусов приборов унифицированных конструкций с типовым расположением в них блоков, ячеек и других НК.

Сохраняемость – это свойство изделия сохранять показатели безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и транспортирования.

Количественные характеристики надежности: вероятность безотказной работы изделия в течение заданного интервала времени; средняя наработка на отказ; интенсивность отказов и т.п.

Вопросы для самопроверки:

1. Дайте определение стандартизации и нормализации изделий.

2. Понятие типизации и унификации изделий.

3. Дайте определение преемственности и повторяемости изделий.

4. Какие количественные характеристики стандартизации Вы знаете?

5. Поясните основные показатели надежности аппаратуры.

6. Какие количественные характеристики надежности Вы знаете?