Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ

1. Конструкция электронного средства. Её особенности. Параметры, характеризующие конструкцию.

2. Конструкторская иерархия, конструкционная система.

3. Процесс конструирования. Классификация электронных средств.

4. Основные задачи современного конструирования электронных средств.

5. Подсистемы электронных средств.

6. Подсистемы электронных средств по конструктивно-технологическим особенностям.

7. Методология электронных средств. Основные принципы методологии.

8. Этапы проектирования электронных средств.

9. Процесс проектирования. Блочно-иерархичекий подход к проектированию.

10. Аспекты проектирования.

11. Проектная процедура.

12. Уровни проектирования. Нисходящее и восходящее проектирование. Внешнее и внутреннее проектирование.

13. Понятие «система» в технике.

14. Условия системности.

15. Системный подход к проектированию. Воздействия среды на систему.

16. Исследование объектов с помощью их математической моделей.

17. Признаки конструкции электронного средства как большой системы.

18. Изменяемые и неизменяемые факторы при проектировании электронных средств.

19. Структурное дробление конструкции. Структурные уровни.

20. Общий перечень требований по назначению.

21. Климатическое исполнение.

22. Категории размещения на объекте и массогабаритные требования.

23. Создание электронных средств. Заказчик, исполнитель, субподрядчик.

24. Стадии разработки электронных средств.

25. Этапы проведения НИР. Этапы ОКР.

26. Проектная документация.

27. Показатель технологичности конструкции изделия.

28. Уровень качества конструкции. Технико-экономическая характеристика изделия. Карта технического уровня и качества.

29. Конструкторские и технологические показатели качества.

30. Стандартизация. Цели и задачи стандартизации. Формы стандартизации. Категории стандартов. Виды стандартов.

31. Конструкторские документы. Деление конструкторских документов по способ выполнения и характеру использования.

32. Комплекс стандартов Единой системы технологической документации (ЕСТД). Стадии проектирования технологии.

33. Классификация электронных средств по среде обитания, по объектам установки, по климатическим воздействиям. Переносные электронные средства, лабораторные приборы.

34. Особенности возимых электронных средств. Особенности самолетных электронных средств.

35. Особенности ракетных и космических электронных средств. Особенности морских электронных средств. Особенности требований к бытовым электронным средствам.

36. Классификация показателей качества конструкции.

37. Разукрепление электронных средств.

38. Конструкционная система.

39. Принципы конструирования.

40. Типизация. Унификация. Показатели унификации.

41. Конструирование ЭС на микросхемах, БГИС и микросборках.

42. Групповая защита микроблоков от климатических воздействий.

43. Компоновка функциональных ячеек. Удельные показатели конструкции МЭА.

44. Специфика конструкции МЭА. Направление развития конструкций МЭА.

45. Принцип миниатюризации. Комплексная миниатюризация.

46. Компоновка электронных средств. Компоновочные схемы блоков.

47. Охлаждение электронной аппаратуры.

48. Физические эффекты теплообмена. Системы охлаждения электронных средств.

49. Тепловой режим аппаратуры. Отказы аппаратуры, вызванные изменением температуры.

50. Системы обеспечения нормального теплового режима (СОТР).

51. Охлаждение гибридно-интегральных модулей (ГИМ).

52. Термостатирование. Проектирование ТСТ.

53. Тепловые трубы. Охлаждение термобатареями.

54. Электромагнитная совместимость. Электрически короткая и электрически длинная линии связи.

55. Методы уменьшения помех в электрических соединениях.

56. Экранирование.

57. Защита электронных средств от механических воздействий. Вибропрочность, виброустойчивость.

58. Виброизоляция электронных средств. Виды амортизаторов.

59. Методика конструирования электронных средств с учётом механических нагрузок. Статически определимые и статически неопределимые системы амортизации.

60. Защита электронных средств от климатических воздействий. Причины коррозии. Воздействие радиации.

61. Герметизация. Разъёмная герметизация. Виды покрытий.

62. Обеспечение надежности электронных средств. Характеристики надёжности.

63. Ошибки, приводящие к низкой надёжности электронных средств.

64. Методы ремонта. Резервирование

65. Производственный процесс, технологический процесс. Виды ТП. Этапы ТП.

66. Тип производства. Концентрация и дифференциация операций.

67. Разработка типовых технологических процессов.

68. Технологические документы.

69. Характеристики производственной технологичности.

70. Конструкторские показатели технологичности конструкций. Технологические показатели технологичности конструкции.

71. Технологическая система. Показатели качества функционирования ТС.

72. Свойства ТС. Элементы ТС. Структура ТС.

73. Производственные погрешности. Точность производства. Устойчивость ТП. Точность ТП.

74. Методы обеспечения заданной точности выходных параметров функциональных узлов.

75. Серийноспособность.

76. Виды печатных плат. Классы плотности монтажа. Методы изготовления ПП.

77. Методы изготовления печатных форм. Методы изготовления оригиналов фотошаблонов.

78. Фоторезисторы. Методы нанесения фоторезистов. Сенсибилизация. Активирование.

79. Многослойные печатные платы. Виды МПП. Методы изготовления МПП.

80. ТП сборки и монтажа электронных средств. Типы схем сборки. Методы регулировки.

81. Конструктивные исполнения функциональных узлов при ТМП.

82. Методы нанесения флюса. Методы нанесения припойных паст.

83. Методы пайки при ТМП.

84. Типы ТП промывки ТМП сборок.

85. Пайка. Виды паек. Виды флюсов. Виды припоев.

86. Классы и виды сварок.

87. Накрутка. Виды соединения накруткой.

88. Склеивание. Силы адгезии, аутогезии и когезии. Состав клеев.

89. Технологические методы обработки заготовок.

90. Резание. Движения резания. Режим резания.

91. Обработка давлением. Виды обработки давлением. Формоизменяющие операции.

92. Литьё. Виды литья.

93. Классификация пластмасс. Способы переработки пластмасс деталь.

94. Система «человек-машина». Деятельность операторов в СЧМ. Типы операторской деятельности. Категории задач в СЧМ.

95. Планирование эксперимента. Виды экспериментов. Факторы, уровни, ограничения. Функция отклика. Задачи поиска оптимума.

96. Процесс достижения оптимума. Полный факторный эксперимент. Матрица

планирования ПФЭ.

1. Под конструкцией (от лат. constructio — составление, построение) понимается совокупность деталей и материалов (тел) с разными физическими свойствами, находящихся в определенной физической связи (электромагнитной, тепловой, механической), обеспечивающая выполнение заданных функций с необходимой точностью и надежностью под влиянием внешних и внутренних воздействий и воспроизводимая в условиях производства. Конструкция определяет взаимное расположение частей в пространстве, способы их соединения, характер взаимодействия, а также материал, из которого они изготовлены. Конструкция электронной аппаратуры отличается рядом особенностей, которые выделяют ее в отдельный класс среди других конструкций [8]:

!) иерархической структурой (от греч. hierarchia, hieros — священный, arche — власть), под которой подразумевается последовательное объединение более простых электронных узлов в более сложные;2) доминирующей ролью электрических и электромагнитных связей;3) наличием неоднородностей в электрических соединениях, приводящих к искажению и затуханию сигналов, а также паразитных связей, порождающих помехи (наводки);4) наличием тепловых связей, что требует принятия мер защиты термочувствительных элементов;5) слабой связью внутренней структуры конструкции с ее внешним оформлением.

Конструкция характеризуется следующими параметрами: конструктивная сложность; масса и габариты; устойчивость к электромагнитным и другим воздействиям (температура, влага, механические воздействия и др.); ремонтопригодность, включая легкосъемность, контролепригодность; электромагнитную совместимость; эксплуатационная и ремонтную технологичность; надежность; степень микроминиатюризации и интеграции; приспособленность к взаимодействию оператора с аппаратурой; приспособленность к объекту размещения (носителю); технологичность; стоимость; перспективность; конкурентоспособность; патентную чистоту и другие.

2. Конструкторская иерархия реализуется с помощью уровней разукрупнения электронной аппаратуры, габаритные размеры которых стандартизованы [8]. По конструктивной сложности различают следующие уровни разукрупнения аппаратуры: шкаф, блок, ячейка. Если устройства являются не только конструктивно, но и функционально законченными, то они называются модулями.

Конструкционная система (КС) представляет собой совокупность БНК разных уровней разукрупнения, обеспечивающую создание требуемого множества электронной аппаратуры и организованную на основе определенных размерных соотношений с учетом условий эксплуатации, инженерной психологии, технологии производства [6].

По способу построения КС представляют собой системы универсально- сборных каркасных конструкций, основу построения которых составляют сборные каркасы различных уровней, видов и типоразмеров.

Нулевой уровень занимают вдвижные монтажные платы для объединения ИЭТ (рисунок 3.2.3) [6]. Монтажные платы соответствуют РЭМО, т.е. низшему уровню разукрупнения ЭА в модульном исполнении (ГОСТ 26632—85).

Занимающие первый уровень частичные каркасы предназначены для размещения, объединения электрическими и другими связями, присоединения к внешним цепям изделий, собранных на монтажных вдвижных платах.

Второй уровень составляют комплектные и блочные каркасы, объединяющие изделия, выполненные на частичных каркасах и (или) платах. Комплектные каркасы представляют собой каркасы с передними панелями.

Третий уровень занимают шкафы и стойки, сголы и пульты. Шкафы предназначены для установки, объединения электрическими и другими связями изделий, выполненных на блочных каркасах. Основным отличием стоек от шкафов является отсутствие передней двери. Тумбы, столы и секции пультов используют для организации рабочего места оператора.

НцнСой уровень I 0.1 I

3. Под процессом конструирования понимают мыслительную, оформительскую и организаторскую деятельность по созданию описания конструкции. Конструирование может осуществляться либо только человеком (вручную), либо с использованием ЭВМ.

Одним из наиболее трудных и творческих этапов конструирования является компоновка (от лат. componere — складывать) — размещение на плоскости или в пространстве различных элементов аппаратуры.

Классификация электронных средств [8]: 1) по функциональному назначению системы; 2) по функциональному назначению отдельных устройств; 3) по частотному диапазону сигналов; 4) по конструктивной сложности (интегральная схема (ИС), плата, блок, шкаф, пульт, стойка); 5) по типу производства (единичное, серийное, массовое).

Классификация по функциональному назначению часто является доминирующей, так как объект установки электронной аппаратуры определяет специфику конструкции (защита от дестабилизирующих факторов, масса, форма, габариты, энергопотребление, стоимость, надежность).

4. Основные задачи современного конструирования электронных средств: задача комплексной миниатюризации, задача охлаждения и задача повышения технологичности [1].

Основой при решении задачи комплексной миниатюризации электронных средств является поиск резервов миниатюризации всех составных частей, не ограничиваемый только узлами, в которых для миниатюризации можно применить ИС, построив на них электрическую схему. Задача должна решаться относительно выбора соответствующей элементной базы, частей всех структурных уровней, систем питания, охлаждения, автоматики, антенных систем и т.д.

Вторая задача современного конструирования электронных средств — охлаждение — возникла как побочное следствие миниатюризации.

Задача охлаждения разбивается на две части: теплоотвод внутренний и теплоотвод внешний. Наиболее сложным является внутренний теплоотвод, т.е. отвод тепла от первичных тепловыделяющих элементов, расположенных внутри конструкции электронных средств. Здесь эффективным решением является применение теплостоков с использованием псевдотеплопроводности тепловых трубок.

Третья задача современного конструирования электронных средств — технологичность — решается конструктором на основе унификации и стандартизации. Избыточное разнообразие существующих в настоящее время конструкторских и схемотехнических решений резко снижает технологичность, порождает мелкосерийность и многономенклатурность. Стремление разрабатывать электронные средства преимущественно по функциональному назначению с оттеснением вопросов технологичности и стандартизации на второй план приводит к передаче в производство нетехнологичных конструкций.

5-6. Выделяют следующие подсистемы электронных средств [6]:

а)Принцип действия (функционирования) аппаратуры, т.е. операции над сигналами, выполняемые в аппаратуре и обеспечивающие использование их для передачи, извлечения, обработки информации. Принцип действия определяет требуемые электрические параметры электронных средств.

б)Схемы. Схема электрическая принципиальная — есть условное изображение, отражающее электрическое соединение элементов, обладающих различными электрическими (электромагнитными) свойствами.

в)Конструкция. Определение конструкции — «конструкция, есть материал целесообразно организованный в пространстве» или «целесообразно организованная материальная пространственная структура».

Под словом «целесообразно» применительно к конструкциям следует понимать:

во-первых, способность удовлетворять определенные потребности, выполнять требующиеся функции;

во-вторых, способность к сохранению этих свойств при наличии наблюдающихся внешних воздействий;

в-третьих, пригодность к воспроизведению и повторению, т.е. к производству.

г)Технология — это совокупность знаний о способах и процессах обработки или переработки материалов. Обычно под термином «технология» понимают саму совокупность способов, процессов обработки и оборудование, используемых при изготовлении элементов конструкции и сборке аппаратуры.

д)Эксплуатационные свойства — приспособленность к размещению на объекте и взаимодействию с оператором, надежность, совокупность процессов и закономерностей изменения свойств аппаратуры во времени и при наличии внешних воздействий.

Подсистемы электронных средств по конструктивно-технологическим особенностям:

а)Элементная база: изделия электронной техники (ИЭТ) и электрорадиоэлементы (ЭРЭ) и другие. Они основаны на принципах электроники (микроэлектроники) и выполняют преобразования сигналов, их усиление с использованием активных электронных элементов — транзисторов, а также их запись или накопление в элементах памяти.

б)Электрические разъемные соединения: переключатели, коммутаторы и т.д. Они основываются на принципах разъемного электрического контакта.

в)Электрические проводники или постоянные, неразъемные и неразборные электрические соединения, соединяющие по определенной схеме выводы электронных и электрических элементов. Их объединяют понятием электрический монтаж.

г)Средства защиты от перегрева внешних механических, электромагнитных и других воздействий.

д)Несущие конструкции. Служат для механического объединения электронных, электрических и других элементов, размещения электрических соединений. Они обеспечивают прочность всей конструкции, ее комплектование из базовых несущих конструкций различных уровней (БНК1, БНК2 и БНКЗ). Несущие конструкции часто выполняют также функции герметизации, обеспечения электромагнитной совместимости и экранирования, теплоотвода, художественного оформления.

е)Механические элементы. Обычно не являются специфическими для электронных средств.

Методология электронных средств — представляет систему принципов и правил познания и действий или систему принципов и способов организации теоретической и практической деятельности в определенной области знаний, в данном случае — в конструировании электронных средств. Принцип есть основное исходное положение какой-либо науки [6].

7. Методология электронных средств — представляет систему принципов и правил познания и действий или систему принципов и способов организации теоретической и практической деятельности в определенной области знаний, в данном случае — в конструировании электронных средств. Принцип есть основное исходное положение какой-либо науки [6].

Основные принципы методологии:

1.Системный подход и его конкретизация применительно к электронным средствам.

2.Синтез электронных средств со стремлением к их оптимизации по различным критериям.

3.Иерархический принцип построения электронных средств. Разукрупнение.

4.Обеспечение непрерывного повышения экономической эффективности электронных средств, их проектирования, производства и эксплуатации. Расширение автоматизации с применением вычислительной техники для совершенствования проектирования, изготовления и эксплуатации, их организации.

5.Технологичность — создание конструкций, предусматривающих изготовление с использованием высокоэффективных, безотходных, энергосберегающих, высокопроизводительных технологических процессов и оборудования, при исключении вредного влияния на рабочего и окружающую среду.

6.Случайный характер отклонений в производстве и изменений в эксплуатации параметров и характеристик электронных средств, а также отказов.

7.Обеспечение надежности, устойчивости против внешних воздействий и удобног о развертывания, размещения, восстановления.

8.Микроминиатюризация, конструктивно-технологическая и функционально-физическая интеграция, оперативное внедрение в практику конструирования новых физических явлений.

9.Обеспечение согласования электронных средств с эргономическими свойствами человека-пользователя и с объектом размещения, в том числе в части массы, габаритов и управления.

10.Унификация, нормализация и стандартизация электронных средств.

11. Влияние частоты сигналов на конструкцию, определяющее значение электрических постоянных (проводники) и разъемных соединений (соединители, коммутаторы).

12. Комплексное использование эвристических, экспериментальных (макеты, образцы), расчетных и автоматизированных методов конструирования.

Принципы 3, 8 и 11 специфичны для электронных средств.

8. Этап проектирования — часть процесса проектирования, включающая в себя формирование всех требующихся описаний объекта, относящихся к одному или нескольким иерархическим уровням и аспектам.

Проектная процедура — часть этапа, выполнение которой заканчивается получением проектного решения. Различают проектные процедуры анализа и синтеза. Синтез заключается в создании описания объекта, а анализ — в определении свойств и исследовании работоспособности объекта по его описанию, т.е. при синтезе создаются, а при анализе оцениваются проекты объектов.

1 Процедуры анализа делятся на процедуры одно- и многовариантного анализа. При одновариантном анализе заданы значения внутренних и внешних параметров, требуется определить значения выходных параметров объекта. Подобная задача сводится к однократному решению уравнений, составляющих математическую модель.

Многовариантный анализ заключается в исследовании свойств объекта в некоторой области пространства внутренних параметров. Такой анализ требует многократного решения систем уравнений.

Процедуры синтеза делятся на процедуры структурного и параметрического синтеза. Целью структурного синтеза является определение структуры объекта— перечня типов элементов, составляющих объект, и способа связи элементов между собой, в составе объекта.

Параметрический синтез заключается в определении числовых значений параметров элементов при заданных структуре и условиях работоспособности на выходные параметры объекта, при параметрическом синтезе нужно найти точку или область в пространстве внутренних параметров, в которых выполняются тс или иные условия (обычно условия работоспособности).

Понятия уровня и аспекта относятся к структурированию представлений о проектируемом объекте, а понятие этапа — к структурированию процесса проектирования.

Если решение задач высоких иерархических уровней предшествует решению задач более низких иерархических уровней, то проектирование называют нисходящим. Если раньше выполняются этапы, связанные с низшими иерархическими уровнями, проектирование называют восходящим.

На практике обычно сочетают восходящее и нисходящее проектирование. Восходящее проектирование имеет место на всех тех иерархических уровнях, на которых используются унифицированные элементы.

Разработка технического задания (ТЗ) является самостоятельным этапом проектирования, часто называемым внешним проектированием. В отличие от него этапы проектирования объекта но сформулированным ТЗ называют внутренним проектированием.