Основы конструирования и технологии производства РЭС

Елена Кротова, 2013

Пособие содержит материалы, сочетающие традиционные для данной учебной дисциплины основные определения, подходы и методы, изложенные в системах государственных стандартов и необходимые для грамотного составления конструкторской и технологической документации и производства серийной продукции, с методиками, основанными на информационных технологиях.

Глава 1. Системный подход к конструированию РЭС

1.1. Основные понятия и определения

Основные понятия и определения, которые обязан использовать инженер-разработчик, приводятся в Государственных отраслевых стандартах (ГОСТ): ГОСТЫ на требования к конструкторской документации на изделия ЕСКД — ГОСТ 2.ххх; ГОСТЫ на требования к технологической документации на изделия ЕСТД — ГОСТ 3.ххх; ГОСТЫ на требования к программной документации на изделия ЕСПД — ГОСТ 29.ххх.

Инженер-разработчик должен помнить: ГОСТ — закон, знание его — обязанность, выполнение — стиль жизни.

ИЗДЕЛИЕ (по ГОСТ 2.101) — любой предмет производства (или набор предметов), подлежащий изготовлению на предприятии.

Изделия основного производства предназначены для поставки (реализации). Изделия вспомогательного производства используются как составные части изделий основного производства или используются (например, инструмент) для создания изделий основного производства.

Виды изделий (определение и описание см. самостоятельно в ГОСТ 2.101): деталь, сборочная единица, комплекс, комплект.

Система — это комплекс технических средств, управляемый оператором — человеком (ручной или полуавтоматический режим работы), или контролируемый, или запускаемый оператором (в автоматическом режиме работы). Под радиоэлектронной системой (РЭС) понимают изделие и его составные части, в основу функционирования которых положены принципы радиотехники и электроники. В состав РЭС включаются дополнительные устройства, обеспечивающие ее функционирование: электромеханические устройства, системы питания, охлаждения [1], [11].

Государственные отраслевые стандарты, регламентирующие разработку документации по радиоэлектронным системам имеют классификацию ГОСТ 34.ххх.

Основной документ на деталь — чертёж детали (см. ГОСТ 2.109).

Основной документ на остальные изделия — спецификация. В нее записываются и другие дополнительные документы, (ГОСТ 2.109).

Виды проектирования РЭС удобно разделить на четыре основных вида [2]:

− системотехническое проектирование,

− схемотехническое проектирование,

− конструкторское проектирование, или просто конструирование,

− технологическое проектирование.

Конструкция РЭС есть пригодная для повторения в производстве совокупность деталей и материалов с различными физическими свойствами, находящихся в определенной энергетической и пространственной связи, обеспечивающая выполнение заданных функций с необходимой точностью и надежностью под влиянием внешних и внутренних воздействий [11].

Конструкция РЭС отличается рядом особенностей, выделяющих ее в отдельный класс среди других конструкций.

Прежде всего подобные конструкции отличаются [3]:

1. Иерархической структурой, под которой понимается 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.

Конструирование РЭС — это процесс выбора структуры пространственных энергетических связей внутри и вне РЭС, приводящий к установлению норм и правил его изготовления и эксплуатации. Целью конструирования (его результатом) является разработка комплекта проектных и рабочих конструкторских документов (КД) (ГОСТ 2.101-68 и 2.109-68), на основе которых осуществляется технологическая подготовка производства, разработка технологической документации (ТД), изготовление РЭС, его испытания и эксплуатация, конструирование — определение формы, материала, покрытий, способа соединений, состава (перечня составных частей).

Конструирование и конструкторская документация определяют, какой объект должен быть изготовлен, его основные функции и параметры, условия эксплуатации.

Технология — совокупность методов, процессов и материалов, используемых в какой-либо отрасли деятельности.

Технологическая документация описывает основные операции для изготовления объекта, описанного в КД на РЭС [11].

1.2. Системный анализ РЭС

Конструкция РЭС является сложной сборочной единицей, отвечающей трем главным условиям системности [11], [3]:

1. Наличие иерархического порядка в структуре.

2. Возможность композиции и декомпозиции (составление структуры из отдельных элементов и разделение конструкции на отдельные элементы).

3. Образование при композиции новых качеств, не равных сумме свойств исходных частей. Иерархия построения РЭС относится к ветвящемуся типу, где структурные уровни располагаются по рангам сложности.

Система любого структурного уровня характеризуется набором параметров. Эти параметры определяются системой верхнего ранга и в свою очередь служат исходными данными для системы, расположенной рангом ниже.

Снизить затраты на разработку, подготовку производства и освоение РЭА, обеспечить совместимость и преемственность аппаратурных решений с одновременным улучшением качества, увеличением надежности и срока службы аппаратуры в эксплуатации позволяет модульный принцип конструирования изделий. Наглядное представление данного определения приведено на рис. 1 [3].

Рис. 1. Ранжирование системных параметров построения РЭС

На рис. 1 S обозначает ранг системы (S состоит из совокупности изделий S_i1, S_i2, S_i3), D — совокупность функциональных и материальных параметров.

Второе и третье условия системности означают, что в результате процесса конструирования (композиции) должно быть найдено и отражено в конструкторской документации (КД) новое структурное образование — конструкция РЭС (или его части), составленное из входящих в него готовых (покупных) и вновь спроектированных частей, причем это структурное образование должно обладать новыми качествами, не равными сумме свойств входящих в него частей (рис. 2).

Рис. 2. Принцип системности в процессе конструирования

1.3. Классификация параметров РЭС

Для оценки свойств конструкции ее характеризуют количественными и качественными показателями. Показатели качества изделия принято делить по следующим признакам [4], [6]:

— по отношению к системе и подсистеме: внешние и внутренние,

— по физическому содержанию: функциональные и материальные,

— по числу отраженных свойств в конструкции: абсолютные, относительные и комплексные.

Внешние параметры определяют тактико-технические возможности изделия (что может изделие, какие функции оно выполняет).

Внутренние параметры характеризуют средства, с помощью которых обеспечиваются внешние параметры.

Применительно к радиостанции внешними параметрами являются (дальность действия, масса, надежность), а внутренними параметрами — мощность передатчика, чувствительность, параметры антенны). Приемные устройства характеризуются внешними параметрами (чувствительностью, избирательностью, диапазоном частот, способом перестройки, выходной мощностью) и внутренними параметрами (коэффициентом передачи тракта, характеристиками частотно-избирательных устройств). Внутренние параметры системы верхнего ранга — радиостанции — являются внешними для системы более низкого ранга — передатчика или приемника [5], [7].

К функциональным относятся все электрические параметры: чувствительность, избирательность, выходная мощность, дальность и т. п.

К материальным параметрам относится масса, габариты, стоимость и производные от этих параметров.

Между функциональными и материальными параметрами существует тесная взаимосвязь. Реализация любой РЭС требует материальных затрат. Чем большие значения имеют материальные параметры, тем выше сложность изделия [3], [8],[9].

Однако всегда нужно находить разумный компромисс между высоким качеством и важностью технического решения и сложностью реализации и себестоимостью.

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные понятия конструирования.

2. Дайте определение основных документов и объектов конструирования.

3. Перечислите основные подходы системного анализа РЭС.

4. Какие виды параметров являются системными?

5. Дайте классификацию параметров РЭС.