Показатели конструкции ВТ

Конструкция ВТ любого назначения может быть охарактеризована показателями, отражающими ее качество. По этим показателям проводится сравнительная оценка выбора средств ВТ, выпускаемых промышленностью. К этим показателям относятся:

1) Сложность конструкции ВТ, рассчитываемая по формуле

где N_э — число элементов, составляющих ВТ;

M_c — число соединений;

k₁, k₂, k₃ — коэффициенты масштабный и весовые. Это выражение связывает число элементов, составляющих ВТ (микросхем, полупроводниковых приборов, пассивных компонентов, элементов коммутации), с числом разъемных и неразъемных соединений между ними, что определяет массу, габаритные размеры, надежность и другие параметры ВТ.

2) Число элементов, составляющих ВТ, рассчитываемое по формуле

где — соответственно число устройств ВТ, типов элементов, элементов i-го типа, входящих в j-е устройство.

3) Объем ВТ

где — общий объем всех интегральных схем (ИС), дм³;

— объем соединений, дм3;

— объем несущей конструкции, обеспечивающей прочность и защиту ВТ, дм3;

— объем теплоотводящего устройства, дм³.

4) Отношение q_n = n_N / n, характеризующее степень использования физического объема ВТ элементами, несущими полезную функциональную нагрузку, т. е. непосредственно определяющими электрическую схему ВТ, и называемое коэффициентом интеграции или коэффициентом использования физического объема (q_n < 1, и q_n =1, если применяется однокристальная ЭВМ).

5) Общая масса ВТ, определяемая суммой масс всех входящих в нее устройств,

(составляющие те же, что и в третьем показателе).

6) Общая мощность, потребляемая ВТ, которая находится из равенства

,

где p_i— мощность потребления i-го устройства. Для цифровых устройств потребляемая ими мощность зависит от средней мощности потребления интегральной схемой. Известно, что 80—90% мощности потребления рассеивается в виде теплоты и определяет тепловой режим ВТ и соответствующие перегревы элементов конструкции.

7) Общая площадь, занимаемая ВТ,

где Q_i— площадь, требуемая для эксплуатации i-го устройства ВТ, м² ;

N_y— число устройств, составляющих ВТ.

8) Собственная частота колебаний конструкции

где k_ж— коэффициент жесткости конструкции;

т — масса конструкции, кг.

Эффективность защиты конструкции ВТ от вибрации и ударов оценивается:

для амортизированной аппаратуры — коэффициентами виброизоляции и удароизоляции:

для неамортизированной аппаратуры — коэффициентами динамичности на низких и высоких частотах внешних воздействий:

где f₀ / f — соотношение вынужденной f и собственной частоты f₀ конструкции;

n_max — возможная максимальная перегрузка при ударе;

n_ТЗ — допустимая нагрузка при ударе (указывается в техническом задании (ТЗ));

А — допустимое значение максимального перемещения, мм;

v — допустимая скорость перемещения, мм/с ;

g — ускорение свободного падения, мм/с².

Для амортизированной аппаратуры следует как можно больше уменьшить собственную частоту f₀, а для неамортизированных ЭВМ, наоборот, увеличить f₀, приближая ее к верхней границе возмущающих воздействий или превышая ее.

9) Степень герметичности конструкции, определяемая истечением газа из определенного объема блока за известный отрезок времени

где n_б — объем блока, дм³;

Δr — избыточное давление газа в блоке, Па;

t_сл — срок службы блока, с.

10) Вероятность безотказной работы ВТ — параметр, определяющий надежность ВТ.

Перечисленные показатели конструкции определяются элементной базой, на основе которой создается ВТ.

РАЗРАБОТКА ВТ

Организационные вопросы разработки ВТ

В разработке ВТ принимают участие большие коллективы специалистов различного профиля и многие организации. Организация, заказывающее изделие, называется «Заказчик». «Исполнителем» является организация, которая реализует требования заказчика в виде конструкторско-технологической документации на серийное изготовление заказных изделий, а завод выпускает их в заданном объеме.

Взаимоотношения между организациями регламентируются договорами — юридическими документами, определяющими взаимоотношения на различных стадиях разработки и изготовления ВТ. В договоре предусматриваются взаимные обязательства сторон по объему, поэтапным срокам проводимых работ и их финансированию.

Заказчик формулирует технические требования (ТТ) к ВТ и осуществляет приемку разработанного изделия. ТТ определяют показатели назначения ВТ, а также содержат требования к конструкции; наименование и назначение основных частей; габаритные, установочные и присоединительные размеры; требования по взаимозаменяемости, стандартизации и преемственности.

В ТТ входят также требования по охране окружающей среды, помехозащищенности, безопасности работы, эргономике, эстетике и условиям эксплуатации. Исполнитель на основании ТТ разрабатывает техническое задание (ТЗ), в котором содержатся экономические, производственные и другие требования, определяющие порядок разработки и приемки изделия. Субподрядчик решает для исполнителя частные вопросы, такие, как разработка и поставка новых материалов, элементов, технологических процессов, отработка на соответствие требованиям эргономики и т. д.

Процесс разработки ВТ можно разбить на две стадии: научно-исследовательская работа (НИР) и опытно-конструкторская работа (ОКР). Каждая работа состоит из нескольких этапов. Этапом разработки называется четко очерченная часть всей работы, результаты которой оцениваются самостоятельно при подведении итога группы решенных вопросов. Этап разработки ограничивается сроками и заканчивается составлением отчетных материалов. Число этапов зависит от сложности и новизны разработки и согласуется с заказчиком.

Основными этапами проведения НИР являются предпатентный поиск; разработка и согласование с заказчиком технического задания; теоретические и экспериментальные исследования новых принципов построения ВТ; обобщение результатов и оценка выполненной НИР (составление карты технического уровня); приемка НИР; обсуждение и согласование задания на проведение ОКР. Этапы ОКР: техническое задание; техническое предложение; эскизный проект; технический проект; разработка рабочей документации.

Техническое задание составляется исполнителем на основании технических требований заказчика, в нем указываются:

1) назначение ВТ и область применения;

2) условия эксплуатации, хранения и транспортировки (для измерительных преобразователей указываются объекты, с которыми они должны сопрягаться, условия стыковки и т. д.);

3) основные технические характеристики (класс точности, пределы измерения, быстродействие, конструктивные параметры, надежность, стоимость), общетехнические требования (пределы температуры, влажность, тряска, вибрации, колебания напряжения сети, помехозащищенность и т. д.).

Техническое предложение (ГОСТ 2.103—68, ГОСТ 2.118—73) — это этап разработки, на котором обосновывается принципиальная возможность создания ВТ с заданными по ТЗ характеристиками и намечаются основные технические и организационные решения по выполнению ТЗ. На этом этапе составляют частные ТЗ для различных предприятий. Большое внимание на стадии технического предложения уделяют анализу алгоритмов, определяющих структуру ЭВМ, последовательность выполнения логических и других операций. Основное на этом этапе — построение общей структурной схемы изделия, из которой должна быть ясна картина взаимодействия всех основных узлов и блоков ВТ.

Эскизное проектирование (ГОСТ 2.119—73) — это этап, когда принимаются принципиальные, схемные и конструктивные решения, которые отличны от технического предложения более детальной проработкой устройства в соответствии с ТЗ. На этом этапе проводится разработка схем, испытание, расчет и проверка рабочих режимов, выполняется предварительный расчет надежности отдельных блоков и всего изделия, проверяются варианты ВТ на патентную чистоту и конкурентоспособность, рассматривается соответствие требованиям техники безопасности и производственной санитарии. На основании эскизного проекта разрабатывается технический проект.

На этапе технического проектирования (ГОСТ 2.120—73) детально отрабатываются схемные и конструкторские решения, а также уточняются технические характеристики. В отработку конструкторских решений входят:

1) создание чертежей на все элементы, узлы и блоки;

2) решение вопросов надежности, ремонтопригодности и защиты изделий от внешних воздействий;

3) согласование работы всех устройств;

4) определение органов управления и функций оператора;

5) разработка методики сборки, наладки и испытаний ВТ.

При этом уточняется технология изготовления всех составляющих частей изделия и его стоимость. Правильность принятых решений по принципу действия, схеме и конструкции проверяется на макетных образцах ВТ.

На стадии рабочего проектирования производится окончательная корректировка электрических схем, разрабатывается полный комплект временной конструкторско-технологической документации и изготовляются опытные образцы ВТ. По рабочему проекту выпускаются следующие конструкторские документы: схемы структурные, функциональные, принципиальные, электромонтажные, соединений, кинематические; чертежи детальные, сборочные, габаритные; спецификации; технические условия на блоки, платы; технические описания; инструкции по настройке и регулировке; паспорт; патентный формуляр; ведомости запасных инструментов и элементов, комплектующих и покупных изделий; таблицы проверки режимов работы электронных и полупроводниковых элементов; наружные виды; перечень чертежей; производственно-технологическая документация; программы и методики испытаний.

После окончания испытаний и устранения замечаний комиссии разработчик передает техническую документацию заводу-изготовителю, который приступает к подготовке серийного или массового производства.