2. Модульный принцип конструирования, конструктивная иерархия элементов, узлов и устройств систем управления.

Под компоновкой РЭА понимают взаимную ориентацию изделий относительно друг друга в ограниченном пространстве. Установление основных геометрических форм и расстояний между ними отражает компоновочная схема, которая может быть выполнена в виде сборочного чертежа или (упрощенно) в виде эскизного рисунка. При разработке РЭА используется модульный метод конструирования (или компоновки).

Термин “модульный метод” понимают как совокупность принципов проектирования и конструирования, в основе которых заложено общее требование: максимально расчленить электрическую схему устройства на функциональные устройства (ФУ), функциональные ячейки (ФЯ) и блоки, чтобы они были как функционально, так и конструктивно законченными, и чтобы при этом их конструктивные размеры либо повторяли друг друга, либо были кратны одним базовым размерам, т.е. были унифицированы.

В размерном отношении модульная компоновка получается путем расчленения объема взаимнопараллельными и перпендикулярными плоскостями. Расстояние между смежными плоскостями в каждом из трех измерений для устройства в целом и для отдельных его частей принимается равным или кратным размеру основного модуля ММодульная компоновка позволяет “сворачивать” и “вытягивать”, “разрезать” и “разносить” в пространстве электрические схемы отдельных модулей в разнообразных вариантах.

Общий признак модульной компоновки - прямоугольность объема и его частей - упрощает стандартизацию модулей, позволяет установить закономерные соотношения и типовые сопряжения между целыми и отдельными его частями.

Таким образом, модульный метод компоновки является одним из базовых принципов конструирования РЭА

К частным принципам компоновки следует отнести принципы пространственной (объемной) и поверхностной (планарной) компоновки устройств и их частей.

Пространственный (объемный) принцип компоновки был реализован в блочном методе компоновке устройств, характерном для РЭА первого поколения. Главный недостаток этого принципа - полное отсутствие возможности автоматизации конструирования и унификации изделий.

Поверхностный (планарный) принцип заключается в функционально - узловом методе компоновки, характерен для РЭА второго и третьего поколений. Основная его особенность состоит в том, что практически все элементы конструкций оказалось возможным размещать на одной плоскости при соизмеримых высотах комплектующих изделий. При этом легче обеспечивать требования унификации и стандартизации модулей и автоматизировать процессы проектирования, конструирования и изготовления устройств.

Спецификой компоновки аппаратуры на микросхемах и МСБ является строгая ориентация расположения всех элементов (с привязкой выводов микросхем и МСБ к точкам пересечения координатной сетки печатной платы) и разделение монтажной области на участки (зоны) компоновки элементов по принципу объединения в одной зоне однотипных элементов.

Эти факторы оказывают существенное влияние на автоматизацию конструкторских работ в процессе проектирования аппаратуры и на автоматизацию производства.

Уровни разукрупнения модульной РЭА с учетом их конструктивной сложности, подразделяют на модули третьего, второго, первого и нулевого уровней. Это четыре уровня компоновки.

1. Микросхемы и микросборки - нулевой уровень.

ИС предназначены для широкого применения и выпускаются крупными сериями специализированными заводами-изготовителями. МСБ (в основном гибридные) разрабатываются для конкретной РЭА. Микросборки, как и ИС, могут быть корпусированными и бескорпусными.

2. Модули первого уровня – это ячейки, на общем несущем основании которых компонуются как ИС и МСБ, так и навесные ЭРЭ, а также элементы коммутации и контроля. В качестве несущих оснований функциональных ячеек чаще всего применяют печатные платы, металлические рамки и листы.

3. Модули второго уровня - блоки. Их компоновка осуществляется путем сборки ячеек в блоки. Блоки имеют три конструктивные разновидности: книжная; разъемная; кассетная.

4. Модули третьего уровня – это многоблочные конструкции, в которых блоки компонуются в общем несущем основании, в качестве которого используются (для бортовой РЭА) – амортизационная рама или стеллаж, для стационарной РЭА - шкаф, стеллаж, пульт, стойка. Необходимой составной частью всех уровней РЭА является несущая конструкция (НК) при построении которой важное значение приобретают унификация и типизация.

Модуль 3 уровня – это функционально законченный радиоэлектронный шкаф (пульт, стойка), выполненный на основе БНК третьего уровня (БНК – базовая несущая конструкция), и обладающий свойствами конструктивной взаимозаменяемости.

Модуль 2 уровня – это функционально законченный радиоэлектронный блок (рама, корпус), выполненный на основе БНК второго уровня и обладающий свойствами конструктивной взаимозаменяемости.

Модуль 1 уровня – это функционально законченная радиоэлектронная ячейка (кассета), выполненная на основе БНК первого уровня и обладающая свойствами конструктивной взаимозаменяемости.

Модуль 0 уровня –радиоэлектронное средство, предназначенное для реализации функции преобразования информации, выполненное на конструктивной основе, размерно – координируемой с БНК первого уровня и обладающее свойствами конструктивной взаимозаменяемости.

Для разработки унифицированной системы БНК следует пользоваться следующими основными принципами:

1. Принцип входимости элементов низших уровней в высшие.

Можно выделить 6 основных уровней входимости элементов, имеющих следующие компоновочные признаки.

1. Элементы унифицированной системы БНК 0-го уровня изготавливаются без привлечения технологических операций монтажа и сборки. Это бескорпусные элементы (кристаллы, ИС, транзисторы, диоды, нитяные и пленочные резисторы, пленочные или электролитические конденсаторы без индивидуальной герметизации). К элементам 0-го уровня относятся также всевозможные упоры, втулки, ловители, винты, рамки ячеек, теплопроводящие шины и тепловые трубки.

2. Элементы 0-го уровня компонуются на элементах 1-го уровня. Это подложки гибридных ИС и МСБ, крышка и основание с выводами корпусов ИС и МСБ. В качестве крышки и основания корпуса ИС и МСБ могут быть использованы непосредственно подложки, между которыми устанавливается керамическая рамка, являющаяся элементом 1-го уровня. К элементам 1-го уровня относятся контакты для осуществления оперативного контроля.

Элементы 0-го и 1-го уровней не участвуют непосредственно в формообразовании изделия.

3. Элементы 2-го уровня служат для компоновки на них элементов 0-го и 1-го уровней. Как минимум одной из своих плоскостей они участвуют в формообразовании изделия. К этим элементам относятся полупроводники на изоляционном или неметаллическом основании, разъемы, гибкие печатные кабели, прижимные скобы для этих кабелей, колодки для контроля и т.д.

4. Элементы 3-го уровня предназначены для компоновки на них элементов 2-го и 1-го уровней и имеют вспомогательные, формообразующие признаки комплектов оборудования. К ним относятся каркасы блоков, устанавливаемых в стойки, стеллажи, контейнеры.

5. Элементы 4-го уровня служат для компоновки на них элементов 2-го и 3-го уровней. Они имеют самостоятельные формообразующие признаки, являются основными формообразными РЭА.

6. Комплект элементов 4-го уровня (групповое и функционально связанное сочетание) образует элемент 5-го конструктивного уровня. Это может быть конструктивная реализация такого комплекса РЭА как шкафы и пульты ЭВМ. Элементы 5-го конструктивного уровня представляют собой радиотехнический отсек либо закрытое помещение.

Рис. Схема входимости унифицированных элементов системы БНК

2. Второй принцип, на основе которого должно осуществляться построение модифицированной системы БНК - принцип вариантности, который позволяет на основе ограниченного количества базовых элементов получить неограниченное число компоновочных решений РЭА.

3. Принцип размерно–модульной координации. Основные размеры выражают числовые значения геометрической характеристики изделия, в частности его формы (габаритные, установочные и присоединительные размеры). Основные размеры должны определяться на основе применения единого размерного ряда с учетом эргономических особенностей. В общем случае ряды размеров представляют собой систему градации, построенную на основе единого размерного модуля и отвечающую потребностям производства и эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры, а также допускающую возможность развития параметрического ряда в направлении его движения или уменьшения.

Т.о. размерно – модульная координация или модульность РЭА проявляется двумя стандартизированными характеристиками: размерностью модуля и рядом размерных чисел.

В настоящее время разработано несколько систем конструктивных элементов на базе геометрического модуля 20 мм. Исходя из принципа входимости блоков выбираются размеры стоек и шкафов. Наиболее полно этот принцип реализован в ОСТ 4ГО 410.231–85. Размеры стоек выбираются кратными размерам основного модуля блока с учетом запаса на зоны коммутации.

Принцип модульности необходимо использовать и при выборе печатных плат. Для печатных плат в качестве размерного выбирается модуль, кратный шагу координатной сетки (1,25) и равный 5 мм. На печатные платы устанавливают ЭРЭ, в том числе корпусные и бескорпусные, интегральные схемы и микросборки. Размеры этих элементов также характеризуются своей модульностью. Размерный модуль для этих элементов выбирают равным 0,5 мм. В МСБ применяются бескорпусные элементы, размерный модуль для которых равен 0,05 мм.

Т.о. размерно – модульная координация применяется во всех элементах РЭА. Система БНК первого, второго и третьего уровней опирается на следующую систему размерных модулей: 2,5; 5; 20 мм.