Структура и классификация электронных средств

Рассматриваемые вопросы:

1.1. Конструкция ЭС как система.

1.2. Свойства конструкций ЭС.

1.3. Структурные уровни.

1.4. Классификация электронных средств.

Конструкция ЭС как система

Понятие “система“ в технике означает сложную совокупность объектов и связей между ними, предназначенную для реализации заданных функций. Как любая сложная сборочная единица машиностроения или приборостроения, конструкция ЭС отвечает трём главным условиям совместимости: возможности композиции и декомпозиции, образованию при композиции новых качеств, не равных сумме свойств исходных частей , наличию иерархического порядка в структуре. Первые два условия системности означают, что в результате процесса конструирования (композиции) должно быть найдено и отражено в конструкторской документации новое структурное образование – конструкция ЭС (или их частей), составленное из входящих в него готовых (покупных) и вновь спроектированных частей, причём это структурное образование должно обладать новыми качествами, не равными сумме свойств входящих в него частей.

Третье условие системности ( иерархический порядок ) проявляется в разделении конструкции на структурные уровни, или уровни входимости. Это значит, что высокий уровень структуры конструкции составляется из частей её, относящихся к более низким уровням, или в терминах конструкторской документации (КД): составная часть, относящаяся к более низкому уровню входимости, входит в спецификацию части более высокого структурного уровня.

Свойства конструкций ЭС

Каждая конструкция характеризуется определённой системой свойств, по которым возможно качественное или количественное сравнение конструкций.

Количественные оценки свойств конструкции называют параметрами конструкции ( У ).

Качественно свойства конструкции отображаются её структурой (S),которая определяется схемой внутренних и внешних связей. Последние могут быть следующих типов:

-геометрические,

-механические,

-электрические,

-магнитные,

-тепловые и т.п.

Одни и те же свойства конструкции могут быть получены в результате реализации различных структур.

Для представления абстрактной модели конструкции ЭС может быть использован аппарат теории множеств.

Если обозначить

множество структур через

множество параметров и

множество взаимодействий

то абстрактная модель выразится как

где - символ пересечения множеств S и Y,

- выражается аналогично.

Иначе говоря, как сами некоторые структуры, так и их параметры, а в общем это свойства конструкции К, являются функциями большого числа факторов, связанных с внешними воздействиями, параметрами элементов и схемами связей между ними и внешней средой; причём многие из этих факторов взаимозависимы и часто при анализе модели неизвестны.

Выводы:

1. Формализация процесса конструирования с математической точки зрения является плохо формулируемой задачей.

2. Для конструирования ЭС в целом сейчас нельзя установить алгоритм этого процесса, пригодный для ЭВМ.

3. Для частных формализуемых задач конструирования (выбора номиналов, допусков, оптимального размещения и трассировки и т.п.) применение алгоритмов не только возможно, но и необходимо в конструкторской практике.

4. Процесс конструирования сводится в настоящее время к логико-математическому поиску оптимума при последовательном усовершенствовании исходного варианта, получаемого на основе преемственности и требований ТЗ.

Для практических целей были разработаны 36 кодифицированных свойств конструкций ЭС, объединённых в пять групп (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Функцио­нальная внутренняя связь	Совмести -мость	Надёжность	Технологи- чность	Патент- ность
Электриче­ская (вклю­чая допуско­вые во­просы)   Электромаг­нитная   Тепловая   Пространст­венная (включая расположе­ние центра тяжести)   Механиче­ская (вклю­чая распо­ложение центра жёст­кости)	С объек­том:про­странст­венная, весовая, электри­ческая, электро­магнит­ная     С опера­тором эргоно­мическая, эстетиче­ская	Безотказность при воздействии: виб­рации, ударов, линейных ускоре­ний, тепла, тепло­вых ударов, хо­лода, влаги, брызг, воды, химической среды, плесени, пыли, песка, радиации, давления   Долговечность   Сохраняемость   Ремонтнопригод- ность   Количество ЗиП	Унификация и стандартиза­ция     Преемствен- ность     Однородность комплектации     Собираемость и стыковка   По деталям и узлам собст­венного про­изводства   По материалам	Па­тентно-способ­ность   Патент­ная чис­тота.

Как видно из таблицы, эти группы свойств конструкции ЭС отражают собственно те группы требований к конструкции, которые предъявляются её создателями – разработчиками и изготовителями и её потребителями, а именно:

-техническими требованиями,

-производственно – технологическими,

-эксплуатационными,

-юридическими.

Первая группа требований определяется электрическими и механическими выходными параметрами такими как, например, чувствительность приёмника, выходная мощность передатчика, быстродействие ЭВМ, диапазон рабочих частот, вес, габариты и т.п., а также степенью устойчивой работы ЭС в условиях электромагнитных наводок и внутренних перегревов.

Вторая группа отражает в основном требования технологичности, серийноспособности и экономичности ЭС.

Третья группа требований включает в себя вопросы обеспечения надёжности, ремонтопригодности, готовности ЭС, а также вопросы эргономики и технической эстетики. Причём требование надёжности может, в свою очередь, быть раскрыто более полно, как требования обеспечения вибро-и ударопрочности, виброустойчивости, температурной стабильности, влагозащищённости, герметичности и т.д.

В таблице свойства конструкции, обеспечение которых удовлетворяют первой группе требований, подчёркнуты сплошной линией, второй группе – пунктиром и третьей – штрих-пунктиром.

Юридические требования вполне однозначно определяются патентными свойствами.

Структурные уровни

Структурное дробление конструкции даёт экономические преимущества при разработке, производстве и эксплуатации ЭС и преследует три цели:

1) параллельное конструирование частей;

2) параллельное изготовление частей;

3) повышение ремонтопригодности.

Параллельное конструирование частей, входящих в конструкцию, значительно ускоряет процесс конструирования. Оно возможно благодаря выполнению условий размерной совместимости, предусматривающей взаимное назначение для сопрягаемых частей габаритных и присоединительных размеров, а также совмещаемых электрических параметров в пределах предусмотренных допусков. Параллельное изготовление частей, входящих в различные структурные уровни, идёт по независимым производственным циклам, соприкасающимся только при сборке конструкции. Это ускоряет производство в десятки раз. Ремонтопригодность при эксплуатации повышается благодаря упрощению поиска неисправностей и возможности ремонта агрегатным способом, т.е. путём замены крупных частей. В дальнейшем возможен ремонт этих частей.

Каждая конструкция ЭС в зависимости от назначения имеет свою, присущую ей конкретную структуру. Однако требования стандартизации налагают ограничительные рамки на это разнообразие. Можно представить некоторую обобщённую таковую структуру и на её основе рассмотреть в общем виде основные структурные особенности, справедливые в принципе для всех конструкций.

Типовая структура конструкции современных ЭС состоит из электрической базы как исходного функционального материала и четырёх уровней, от нулевого до третьего, из которых нулевой и первый называются низшими, а второй и третий – высшими Элементная база состоит из электрорадиоизделий (ЭРИ), входящих в перечень элементов электрической принципиальной схемы ЭС (или частей) как комплектующие изделия. ЭРИ включают в себя следующие классы:

1) электрорадиоэлементы (ЭРЭ) – дискретные резисторы, конденсаторы, кварцевые фильтры и т.п., моточные изделия ( трансформаторы, дроссели, катушки индуктивности, электромагнитные линии задержки и др.) ;

2) электровакуумные изделия (ЭВИ) – радиолампы, электронно-лучевые приборы, электрические световые табло и т.п.;

3) полупроводниковые приборы (ППП) – транзисторы, тиристоры и т.д.;

4) интегральные схемы (ИС) ;

5) изделия электропривода и автоматизации (ИЭПА);

6) контрольно-измерительные приборы (КИП);

7) коммутационные изделия (КИ);

8) микропроцессорные компоненты (МПК);

9) волоконно – оптические кабели с соединителями (ВОКС).

Элементная база – ещё не конструкция ЭС. Конструкция начинается с функционального узла. Функциональный узел представляет собой первичное структурное образование и относится к нулевому структурному уровню. Существуют три разновидности функциональных узлов: микросборки, печатные узлы и гибридно-интегральные узлы.

Микросборки относят к подуровню нулевого уровня структуры РЭС. Они входят в состав печатных узлов (корпусные микросборки) и гибридно-интегральных узлов (бескорпусные микросборки).

Как показано на рис. 1.1, схема структуры ЭС имеет две параллельные ветви: по печатному (левая часть схемы) и гибридно-интегральному исполнению узлов (правая часть). В современных ЭС находят применение оба конструктивно-технологические исполнения.

Первый уровень состоит из модулей, второй из блоков, а третий представляет собой окончательно оформленную конструкцию РЭС в целом, т.е. самостоятельное в эксплуатационном отношении изделие в виде сборочной единицы.

В зависимости от сложности конструкции ЭС различают комплексы, системы, радиоэлектронные устройства (РЭУ), блоки, функциональные узлы (ФУ), детали. Такое деление отличается от положениями ЕСТД (комплексы-сборочные единицы-детали); однако на практике оно наиболее распространено.