Научно-технический прогресс в приборостроении

На данный момент приборостроение развивается чрезвычайно быстро. Характерные черты этого развития определяются требованиями обслуживаемых им отраслей промышленности, сфер жизни и деятельности общества. Повышается универсальность применения приборов. Число выполняемых некоторыми сложными приборными устройствами функций за 20 лет возросло в 3 раза. Ниже сформулированы общие требования к развитию отрасли:

1) своевременное и в достаточном объеме удовлетворение потребностей народного хозяйства в целом в заданной продукции высокого качества и надежности, на современном техническом уровне и при высоких технико-экономических показателях ее производства, способной удовлетворять человека необходимой для его деятельности и достаточной по объему информацией

2) определение и выполнение научной и проектно-конструкторской тематики в соответствии с направлениями и перспективой ускорения научно-технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства и созданием условий для быстрого перехода на выпуск новых поколений изделий, другими словами, обеспечение высокой динамичности развития приборостроения

3) постоянный поиск путей сокращения цикла «наука – эксплуатация» с учетом высокой динамичности развития приборной техники и темпов морального ее старения

4) расширение применения в новых образцах приборов высокоэффективных заменителей материалов: искусственного рубина, полупроводниковых алмазов, резистивных сплавов, композиционных материалов на металлической и полимерной основе

5) сокращение материалоемкости продукции

6) развитие и расширение применения микроэлектроники (в приборных комплексах - унификации и агрегатирования, микромеханики)

7) обеспечение функций автоматического управления объектами в статическом и динамическом режимах работы, саморегулирования и самовосстановления на основе использования встроенных систем контроля и некоторых других. (Более подробно техническая сторона развития приборостроения изучается соответствующими специальными курсами).

Выполнение этих требований позволит обеспечить прогрессивность приборной техники, значительно повысить ее отдачу, производительность, улучшить технико-экономические и конструкторскотехнологические характеристики техники и ее экономичность.

Ведущей тенденцией в современном приборостроении является унификация элементно-конструктивной базы приборов и их системное применение, что отражено в Государственной системе приборов и средств автоматизации. Заложенная в ней стандартизация обеспечивается типизацией и унификацией информационных сигналов, параметров источников питания, метрологических показателей по изделиям, конструктивных форм и размеров, технических требований к ним, технологии изготовления и условий их эксплуатации. Изделия ГСП рассчитаны на сопряжение как непосредственно в системах, так и в агрегатированных комплексах средств автоматизации. Развитие ГСП и агрегатирования обеспечивает создание приборов и средств автоматизации из целесообразно ограниченной номенклатуры типовых модулей и блоков методами прогрессивной технологии в условиях наиболее рациональной специализации и кооперирования, расширение применения средств комплексной механизации и автоматизации. Еще в 1974 г. в отечественной часовой промышленности ("Петродворцовый часовой завод") была внедрена первая автоматизированная линия сборки часов.

Прогресс в области создания приборов неразрывно связан с эволюцией области их применения. По мере усложнения и развития систем и комплексов высшей иерархии соответственно изменяются и приборы. Но существует и обратная связь. Например, применение электронной системы управления самолетом изменило аэродинамические характеристики и конструкцию планера и т.д.

Основным критерием качества приборов становится их функциональная универсальность. В приборы, их системы и комплексы все глубже проникает электроника и, в частности, микроэлектроника. Следует подчеркнуть, что соединение приборов с ЭВМ, равно как и с другими активными средствами труда, знаменует собой важное магистральное направление развития техники.

В микроэлектронике различают два основных направления: интегральную микроэлектронику и функциональную электронику. В развитии функциональной электроники выделяются следующие направления: оптоэлектроника, фотоника, акустоэлектроника и др. За этими направлениями - необозримое будущее. Продукция этих направлений развития находит все большее применение в приборной технике.

Оптоэлектроника - направление электроники, основанное на совместном применении электрических и оптических методов передачи, обработки и хранения информации. Наличие фотонной связи и оптического звена позволяет повысить плотность информации в канале связи, быстродействие, помехозащищенность функциональных электронных цепей, схемотехническую гибкость и обеспечить высокую миниатюризацию схемных решений. Этому направлению электроники присуща схемотехническая и топологическая простота элементов.

Чрезвычайно интенсивно развивается и криогенная приборная техника. Сверхпроводимость значительно улучшает параметры (характеристики.) приборов.

Особенно быстро развивается приборная техника для летательных аппаратов. Так, приборное оборудование современных самолетов представляет собой большую совокупность систем и средств: информационных, сигнализации и органов управления, исполнительных, дистанционной связи и передачи информации, вычислительных и индикации и других. Бортовое приборное оборудование, пожалуй, в наибольшей степени вобрало в себя самые последние достижения науки и техники. Для приборного оборудования перспективных самолетов гражданской авиации характерно: широкое применение микроэлектроники, цифровой техники, инерциальных систем навигации; оптимизация структур пилотажно-навигационного оборудования (ПНО) на основе комплексного принципа проектирования; унификация и оптимизация модулей, узлов и элементов и агрегатирование ПНО; совершенствование человеко-машинного контура на базе развития системы отображения информации с внедрением индикации на основе электронно-лучевых трубок.

Уровень достижения задаваемых характеристик определяет качество проектируемой приборной техники, ее производственные и эксплуатационные достоинства. Поэтому уровень качества создаваемой техники определяется уровнем научно-технического прогресса и измеряется рядом технических и технико-экономических показателей.

К техническим показателям относят:

1) тактико-технические параметры (распознавание скоростных объектов, помехозащищенность, надежность работы, точность, разрешающая способность; быстродействие, чувствительность и избирательность и др)

2) технические параметры (уровень микроминиатюризации, масса, габариты и др.); В качестве ограничителей степени интеграции техники наряду с техническими возможностями решения задачи выступает экономическая целесообразность. Установлено, что в области больших степеней интеграции резко удорожаются интегральные схемы в связи с возрастающей сложностью их изготовления.

Показателями эксплуатационных качеств техники являются: безотказность, долговечность (в пределах сроков морального износа), ремонтопригодность.

В настоящее время в силу постоянного усложнения приборной техники рост числа ее элементов опережает рост их безотказности, что приводит к уменьшению среднего времени наработки на отказ отдельных изделий и увеличению времени и средств на проведение технического обслуживания и ремонта. Надежность изделия обычно определяется средней наработкой на отказ или вероятностью безотказной работы. Наработка изделий в часах до предельного состояния определяет их ресурс работы.

Ремонтопригодность характеризуется приспособленностью изделий к обслуживанию и ремонту по следующим группам конструктивных решений: функциональная компоновка сборочных единиц и компонентов; маркировка сборочных единиц и элементов; метод крепления устройств и сборочных единиц; контролепригодность и т. д. Ремонтопригодность - это важный фактор, определяющий уровень затрат на эксплуатацию изделий.

К технико-экономическим показателям разрабатываемых приборов относят:

1) коэффициент применяемости материалов

где n_м - число наименований применяемых материалов; n_ор - число наименований оригинальных деталей.

коэффициент K_пм улучшается при его уменьшении.

2) коэффициент конструктивной преемственности

где n_з - число наименований заимствованных элементов и сборочных единиц из числа входящих в другие, ранее разработанные образцы приборов.

3) коэффициент унификации

этот коэффициент характеризует сокращение типоразмеров элементов, сборочных единиц, используемых в данной конкретной конструкции. Чем больше K_ун тем меньше используется типоразмеров, больше применяемость каждого типоразмера. а отсюда - меньше расходы на проектирование, разработку и производство нового изделия.

Унификация в основном осуществляется в направлениях сокращения сортамента материалов, уменьшения типономиналов применяемых элементов и сборочных единиц, сведения к минимуму конструктивных форм, повышения технологичности. Повышение технологичности обеспечивается применением высокоэффективных технологических процессов, повышением отработанности конструкций изделий.

И, наконец, к технико-экономическим показателям относятся улучшение использования объема изделия, повышение плотности размещения его элементов, увеличение интеграции.

Все рассмотренные выше показатели являются производными технических параметров: габаритов, объемов, числа элементов конструкции изделий и др.

Уровень качества достигнутых технических и технико-экономических параметров проектируемого изделия, его технической прогрессивности определяется отношением соответствующих параметров проектируемого (ψ_пi) к параметрам базового изделия (ψ_б). В случае, если улучшение качества параметра характеризуется увеличением его значения, то в числителе формулы уровня качества учитывается параметр проектируемого изделия, а если наоборот, то параметр базового изделия. Уровень качества параметра проектируемого изделия для первого случая

Интегральный показатель технической прогрессивности проектируемого изделия

где m - число оцениваемых параметров; k_дi - весовые коэффициенты соответствующих параметров изделий, установленных предварительно экспертным путём 

Все происходящие изменения в технологических методах в машиностроении, конечно, в первую очередь коснулись отрасли приборостроения, как производящей сложную технику, без которой немыслимо ускоренное развитие всех других отраслей народного хозяйства.

От применения прогрессивных базовых технологических процессов ожидается резкое повышение производительности труда, эффективности использования ресурсов и улучшение других важнейших экономических показателей работы. Вот почему в промышленности, в первую очередь в таких базовых отраслях, как, например, в приборостроении, предусматривается самое широкое применение многооперационного оборудования с ЧПУ, гибких станочных модулей, роторных и роторно-конвейерных линий и т.д.

Прецизионный же характер сборочных процессов в приборостроении требует широкого применения контрольно-измерительных, градуировочных, диагностических и других станков-автоматов и ЭВМ. Принимаются меры для оснащения предприятий автоматизированными рабочими местами (АРМ).

В приборостроении широко применяются малоотходные технологии, новые прогрессивные приемы формообразования и обработки деталей и специальная техника для осуществления объективного сквозного контроля, начиная от входного контроля, - по всей технологической цепочке вплоть до выпуска готового прибора. Применение оборудования и измерительных средств высокой точности требует совершенствования организации метрологического обеспечения приборостроительного производства.

Создание и производство приборов непосредственно опираются на разработку и применение наиболее рациональных и прогрессивных средств и методов их изготовления.