Транспортируемые ЭВМ

Это машины, устанавливаемые и эксплуатируемые на автомобилях и автоприцепах, железнодорожном и гусеничном транспорте, морские и бортовые ЭВМ.

Специфика работы этого вида машин предопределяет повышенное воздействие механических факторов, в основном вибрации и ударов. Каждый вид транспорта имеет собственные вибрационные характеристики, характер изменения которых различен, рис.2.

Рис.2. Вибрационные характеристики различных видов транспорта.

Для предупреждения повреждения ЭВМ, необходимо, чтобы вся машина и отдельные ее части имели собственные резонансные частоты, лежащие вне диапазона частот вибрации транспортного средства, на котором машина эксплуатируется или перевозится.

На ЭВМ, устанавливаемых на машинах или прицепах, может воздействовать вибрация до 200Гц и удары, вызванные неровной дорогой.

При движении железнодорожного транспорта возможны внезапные толчки, как следствие изменения скорости движения (удары до 40g). Биение колес о стыки рельсов вызывает вибрацию с частотой до 400Гц и ускорение до 2g.

Особо жесткие условия создаются для ЭВМ, эксплуатируемых в гусеничном транспорте (танках, транспортерах, самоходной артиллерии). Здесь вследствие стука гусениц частота вибраций может доходить до 7000Гц с амплитудой ± 0,025 мм.

Удары, вызванные неровной дорогой, отдачей орудия при выстреле, попаданием снаряда в корпус, могут быть большой силы и сопровождаться вибрацией. Кроме этого, постоянное воздействие акустического шума до 150 дБ.

Если ЭВМ расположена на орудийной площадке, на перевозочных средствах или в служебных помещениях, то наибольшая опасность – это ударная волна. Величина вибраций и ударов, сообщаемых ударной волной зависит от массы и площади поверхности ЭВМ. Чем больше масса и меньше поверхность ЭВМ, тем эффект действия ударной волны меньше и наоборот.

Морские ЭВМ – это такие ЭВМ, которые устанавливаются на больших, обычно тихоходных и малых быстроходных судах, на подводных лодках, на орудийных площадках береговой артиллерии.

Характерными условиями для работы на таких объектах являются: наличие вибраций, ударных нагрузок и морской среды.

Вибрация на судне может быть вызвана работой винтов, работой главного и вспомогательного двигателей и гидродинамическими силами, возникающими при продвижении судов по волнам. На малых судах вибрация обусловлена работой двигателя и биением волн о борт корабля. Диапазон частот вибраций не превосходит 25 Гц. Амплитуда вибраций невелика и зависит от места на судне.

На крейсере три участка с различными вибрационными характеристиками: это носовой, кормовой и основной, рис.3. Кормовой участок (1/8 длины корабля) подвергается вибрациям с частотой 0-25 Гц (максимальная амплитуда 25 мм); носовой участок (1/10 длины корабля) – вибрациям, не превышающим 20Гц (амплитуда 15 мм на частоте не ниже 5 Гц); основной участок - вибрациям с частотой до 20 Гц (максимальная амплитуда 0,6 мм).

Быстроходные катера и другие мелкие суда подвержены вибрациям с большей частотой. Задний кормовой участок (1/8 длины) подвергается вибрациям с частотой до 150 Гц (максимальная амплитуда – 0,3 мм на частоте 10 Гц), остальная часть корабля – вибрациям с частотой до 1000 Гц (максимальная амплитуда 0,15 мм на частоте 10 Гц).

Рис. 3. Разделение контура корабля на участки с различными вибрационными характеристиками.

Морская среда, окружающая ЭВМ, находящуюся на кораблях содержит большое количество различных активных веществ, постоянно действующих на ее работоспособность. Поэтому ЭВМ этого класса должны обладать высокой коррозионной стойкостью, плеснестойкостью, водо- и брызгозащищённостью.

На ЭВМ, установленные на орудийных площадках береговой артиллерии, воздействуют такие же факторы, как и на ЭВМ, находящиеся на сухопутных площадках Дополнительный фактор – наличие агрессивной атмосферы.

Бортовые ЭВМ - это ЭВМ, устанавливаемые на бортах самолетов, ракет различных классов, искусственных спутниках Земли космических аппаратов.

По общим характеристикам бортовое оборудование в основном не отличается от других типов машин, но имеются некоторые требования и особенности к бортовой аппаратуре. По назначению бортовые ЭВМ – машиныуправляющие, работающие в замкнутом контуре управления объектом. По виду их использования их разделяют на машины, устанавливаемые в беспилотные (ракеты, ИСЗ) и пилотируемые объекты (самолеты, космические корабли, орбитальные станции).

Машины, устанавливаемые в беспилотные объекты, заменяют операторов на борту объекта и связаны со всем комплексом технических средств объекта через систему датчиков и исполнительных механизмов. Получая информацию от датчиков, они ее обрабатывают и выдают соответствующие команды исполнительным механизмам. Такие машины имеют небольшое ОЗУ и большое ПЗУ (память констант).

Машины, устанавливаемые в пилотируемые объекты, обладают характеристиками как управляющих (при работе в “автопилоте”), так и универсальных ЭВМ. Ввод задачи в машину осуществляется оператором, для получения быстрого ответа, по данной ситуации. Такие машины обладают большим объёмом ОЗУ.

Конструктивно машины обеих групп практически не отличаются друг от друга, так как к ним предъявляются одинаковые условия. Для машин второй группы необходимо наличие пульта управления.

На самолетах аппаратура, как правило, находится в фюзеляже. На нее воздействуют нагрузки с частотой до 200Гц и ускорением до 10g. Амплитуда колебаний достигает 10мм.

Близость двигателя увеличивает частоту вибраций до 500Гц. Хвостовая часть подвергается вибрациям до 150Гц, амплитудой до 2,5 мм плюс акустический шум до 130-150 дБ при частоте 50-10000 Гц.

На рис.4 представлено расположение основных узлов бортовой системы управления самолётом, в состав которой входит управляющая ЭВМ, оснащённая пультом управления.

Рис.4. Схема системы управления самолётом.

1 - панель управления;

2 - датчики и исполнительные механизмы;

3 - ЭВМ;

4 - аппаратура системы автопилота.

Аппаратура на космических аппаратах – составная часть управления движением всей системы. Эта система в основном решает задачи ориентации и стабилизации объекта в пространстве и наведения (навигации) при перемещении в космическом пространстве, выхода на околопланетные орбиты, маневрирования с целью сближения с объектом или при посадке на поверхность планет. Схема управления космического корабля имеет связующее анализирующее звено – это управляющая микро ЭВМ. Этот класс ЭВМ в процессе полета практически не подвергается воздействию механических нагрузок. Однако при транспортировке на орбиту или при работе двигателей, воздействие механических факторов становится значительным.

Аппаратура, которую устанавливают на борт ракет различных классов и назначения, находится в наиболее неблагоприятных условиях с точки зрения воздействия вибраций, ударов, ускорений.

Вибрации ракет в полете носят сложный характер. Он определяется совместным воздействием работы ракетного двигателя и аэродинамических эффектов. Он охватывает широкий диапазон частот. Работающие двигатели ракет на жидком топливе имеют частотный диапазон вибраций в несколько сотен герц. С уменьшением мощности двигателя, частота вибраций увеличивается и может доходить до нескольких тысяч герц. Поэтому на аппаратуру, установленную на ИСЗ, при доставке на орбиту воздействие вибраций происходит на всем диапазоне частот.

Наибольшую вибрацию вызывают двигатели малых ракет на твердом топливе, а также большие ракеты на жидком топливе. Частота вибраций может достигать 2500 Гц при ускорениях 20g. Характер вибраций – синусоидальный.

В момент запуска ракеты и при её полёте на бортовую аппаратуру воздействует акустический шум, уровень которого достигает 150дБ.

Большие ракеты на жидком топливе развивают ускорение не превышающее 15g. Максимальное ускорение ракет, на управляемой орбите не превышает 10g, а малых ракет на твердом топливе - 50g.

Атмосферное давление в негерметизированной аппаратуре в процессе движения ракет изменяется от нормального до практически нулевого.

Портативные ЭВМ

Группа ЭВМ, занимающая промежуточное положение между транспортируемыми ЭВМ и стационарными – называются портативными ЭВМ. Появление этой группы ЭВМ явилось результатом широкого внедрения больших интегральных схем (БИС) в аппаратуростроении.

Самыми массовыми представителями портативных ЭВМ, являются микрокалькуляторы. Небольшие габариты, малая мощность потребления, высокая надежность и сравнительно небольшая стоимость делают его незаменимым для проведения расчетов, не требующих программирования. К портативным ЭВМ можно отнести и простейшие по выполняемым функциям вычислители и контроллеры, управляющие работой бытовой техники.

Условия работы портативной техники должны соответствовать зоне комфорта для человека, которая характеризуется:

- температурой окружающей среды 18-24˚С (291-297 К);

- уровнем акустического шума – 70-85 дБ;

- влажность 20-90 % (с высотой над уровнем моря до 3000 м).

Портативная аппаратура по массе делится на: легкую (до 29Н – для мужчин и до 16Н для женщин), среднюю (до 147Н и до 80Н) и тяжёлую (до 390Н и до 216Н).

На портативную аппаратуру может действовать вибрация с частотой до 20 Гц с ускорением до 2g и удары до 10g при длительности 5-10 мс.

По совокупности значений климатических, механических и радиационных факторов, стационарные и транспортируемые ЭВМ делятся на следующие группы:

I группа – стационарные ЭВМ и системы, работающие в отапливаемых наземных и подземных помещениях и сооружениях;

II группа – стационарные ЭВМ и системы, работающие на открытом воздухе или в не отапливаемых, наземных и подземных сооружениях;

III группа – транспортируемые (возимые), установленные в автомобилях, мотоциклах, в сельскохозяйственной дорожной и строительной технике и работающие на ходу;

IV группа – возимые установленные во внутренних помещениях речных судов и работающие на ходу;

V группа - транспортируемые (возимые), установленные в подвижных железнодорожных объектах и работающие на ходу;

VI группа – транспортируемые и портативные, предназначенные для длительной переноски людьми на открытом воздухе или в неотапливаемых наземных и подземных сооружениях, работающих на ходу.

VII группа – портативные, предназначенные для длительной переноски людьми на открытом воздухе или в отапливаемых помещениях (наземных и подземных), работающие на ходу.

Каждой из групп аппаратуры соответствует совокупность климатических и механических факторов, которой она должна соответствовать.

Тема 1.2Основные этапы проектирования цифровых устройств-2

Стадии проектирования

Этапы проектирования

Структура этапов разработки ЭВМ

Последовательность этапов разработки ЭВМ и стадий выпуска конструкторской документации определяется Государственными стандартами. При разработке ЭВМ выпускают большое количество технической документации (конструкторской и технологической), состав которой также определяется Государственными стандартами

Государственные стандарты устанавливают несколько этапов разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности (в том числе и на ЭВМ и систему):

Техническое задание

техническое задание (ТЗ) устанавливает основное назначение, тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию;

Техническое предложение

техническое предложение — совокупность конструкторских документов, содержащих техническое и технико-экономическое обоснование целесообразности разработки изделия (на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможной реализации изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов);

Эскизный проект

эскизный проект— совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе действия изделия, а также данные, определяющие назначение и основные параметры разрабатываемого изделия;

Технический проект

технический проект—совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для разработки рабочей документации;

разработка рабочей документации—совокупность конструкторских документов, предназначенных для изготовления и испытания опытного образца (опытной партии) изделия.

Процесс разработки нового изделия

Процесс разработки нового изделия состоит из двух этапов.

Этап 1 — научно-исследовательская разработка (НИР). На этом этапе производится предварительная аналитическая и расчетная проработка изделия. Результат НИР — научно-технический отчет,

содержащий выводы о новых принципах построения изделия, научно обоснованный подход к реализации этих принципов, анализ проведенных исследований. НИР может дать отрицательный результат, показывающий, что на современном уровне развития науки и техники реализация поставленной задачи невозможна или преждевременна.

Этап 2 — опытно-конструкторская разработка (ОКР). Работа на этом этапе основывается на результатах НИР и является процессом инженерного воплощения теоретических результатов, полученных на этапе НИР, в схему и конструкцию изделия.

На этапе ОКР на первый план выступают экономические задачи, так как именно здесь формируются основные параметры изделия, влияющие как на его стоимость, так и на длительность и стоимость его разработки. Во время выполнения ОКР производится теоретическое, расчетное и экспериментальное исследование реализованных в изделии идей. ОКР заканчивается выпуском полного комплекта технической документации на изделие, изготовлением и испытанием его опытного образца (или опытной партии).

Научно - исследовательская разработка (НИР) включает в себя стадии разработки технического задания и технического предложения, а ОКР — эскизное и техническое проектирование, а также стадию разработки рабочей документации. В зависимости от степени проработанности НИР и степени новизны разрабатываемого изделия стадия эскизного проектирования в ОКР может быть опущена.

НИР:

- техническое задание (ТЗ)