Требования, предъявляемые к конструкции аппаратуры

КЛАССИФИКАЦИЯ АППАРАТУРЫ ПО УСЛОВИЯМ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Характер и интенсивность воздействия внешних дестабилизирующих факторов зависят от методов использования и объекта установки радиоэлектронной аппаратуры. По виду объекта установки РЭА можно разде­лить на три группы: стационарные, транспортируемые и портатив­ные, техническое регламентирование которых приведено на рисунке.

Стационарная РЭА - это аппаратура, эксплуатируемая в отапливае­мых и неотапливаемых помещениях, помещениях с по­вышенной влажностью, на открытом воздухе, в производственных цехах. Условия эксплуатации и транспортирования такой аппара­туры характеризуются:

· широким диапазоном рабочих (-50...+50 °С) и предельных (-50... +65 °С) температур,

· влажностью до 90...98 %,

· вибрацией до 120 Гц при 4...6 g,

· наличием многократных (до 5 g) и одиночных (до 75 g) ударов,

· воздействием дождя до 3 мм/мин,

· соляного тумана с дис­персностью капель до 10 мкм и содержанием воды до 3 г/м³.

Транспортируемая РЭА - это аппаратура, устанавливаемая и экс­плуатируемая на автомобилях и автоприцепах, железнодорожном и гусе­ничном транспорте, на судах различных классов, на борту самолетов и вертолетов. Специфика работы этого вида аппарату­ры предопределяет повышенное воздействие механических факторов. Каж­дый вид транспорта имеет собственные вибрационные характеристики. Для предупреждения повреждения аппаратуры необхо­димо, чтобы вся она и отдельные ее части имели собственные частоты колебаний вне диапазона частот вибрации транспортного средства.

На РЭА, установленную на автомобильном транспорте, могут воздей­ствовать вибрация частотой до 200 Гц и удары, вызванные неровной доро­гой. При движении железнодорожного транспорта возможны внезапные толчки (при маневрировании - удары с ускорением до 40 g). Биение колес о стыки рельсов вы­зывают вибрацию с частотой до 400 Гц при ускорении до 2 g. Особо жест­ким воздействиям подвергается конструкция РЭА, эксплуатируемая на гусе­ничном транспорте. Здесь вследствие «стука» гусениц частота вибраций может доходить до 7000 Гц с амплитудой ±0,025 мм. Кроме того, постоянно воздей­ствие акустического шума.

РЭА в морском исполнении устанавливаются на больших сравнительно тихоходных кораблях и малых быстроходных судах. Характерными усло­виями работы является наличие вибраций, ударных нагрузок и агрессивной (морской) атмосферы. Вибрация на судне вызывается работой винтов, гребного вала, двигателей и гидродинамическими силами при движении судна по неспокойному морю. Диапазон частот вибраций на кораблях обычно не превышает 25 Гц с небольшой амплитудой вибраций.

На самолетах электронная аппаратура на­ходится, как правило, в фюзеляже. При этом на нее воздействуют вибраци­онные нагрузки частотой до 500 Гц с амплитудой до 10 мм и акустический шум, уровень которого достигает 150 дБ при частоте 50... 10000 Гц.

Портативная РЭА включает аппаратуру и специализированные вычислители, находящиеся в распоряже­нии геолога, геофизика, топографа, строителя, и др. Сюда же мож­но отнести и переносную радиоприемную и передающую аппаратуру. Условия работы портативной РЭА должны соответствовать зоне ком­форта человека, которая характеризуется температурой окружающей среды 18...24 °С, уровнем акустического шума 70...85 дБ, влажностью 20...90 % и высотой над уровнем моря до 3000 м. Если температура становится меньше -17 °С или выше +43,5 °С, уровень шума достигает 120 дБ, влажность со­ставляет меньше 1 %, а высота над уровнем моря больше 6000 м, то счита­ется, что такие условия превышают физиологические возможности челове­к, но предельные условия для перемещения аппаратуры могут быть много выше.

С точки зрения физических возможностей человека портативная аппаратура делится на легкую (до 29 кг для мужчин и до 16 кг для женщин), среднюю (соответственно до 147 кг и 80 кг) и тяжелую (до 390 кг и до 216 кг). На портативную аппаратуру может воздействовать вибрация частотой до 20 Гц с ускорением до 2 g и удары до 10 g при длительности 5... 10 мс.

Различают и специальные виды РЭА, эксплуатируемые, например, в условиях химического производства. Для них характерны сверхбольшие значения одного - трех внешних факторов, на устойчивость к которым и проектируется конструк­ция такой РЭА.

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

Значения воздействующих факторов на группы РЭА

	Внешние факторы	Группа РЭА
	Климатические
	Пониженная температура, °С.
	предельная 1 степень	-40	-40	-40	-40	-40		-40	-60
	2 степень	-50	-50	-50	-50	-50		-50	-60
	рабочая 1 степень		-10	-25	-10	-25		-10	-40
	2 степень		-25	-40	-10	-40		-25	-50
	Повышенная температура, °С.
	предельная
	рабочая
	Относительная влажность, % при температуре, °С.
	1 степень
	2 степень
	время выдержки, ч.
	Интенсивность дождя, мм/мин	—					-
	время выдержки, ч.	—	0,33	0,33	0,33	0,33	-	0.33	0,33
	Пониженное давление, кПа
	время выдержки, ч.	2...6	2...6	2...6	2...6	2...6	2…6	2…6	2...6
	Поток пыли:
	скорость потока, м/с.	—			—		-		—
	время выдержки, ч.	—			—		-		—
	Морской туман:
	температура, °С.						-
	содержание воды, г/м3	2...3	2...3	2...3	2...3	2...3	-	2…3	2...3
	время выдержки, ч.						-
	Механические
	Вибрация на одной частоте:
	частота, Гц
	ускорение, g
	время выдержки, ч.	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
	Вибрация в диапазоне частот:
	частота, Гц, от 1 до	—	—				—	—
	ускорение, g	—	—				—	—	1..13
	время выдержки, ч.	—	—				—	—
	Одиночные удары:
	длительность, мс, от 15 до	—	—				—	—
	число ударов в 1 мин	—	—				—	—
	общее число ударов	—	—				—	—
	Удары многократные:
	длительность, мс	—	—	5-10	5-15	5-15	—	—	2-10
	число ударов в 1 мин	—	—	40-80	40-80	40-80	—	—	40-80
	ускорение, g	—	—				—	—	5-15
	общее число ударов	—	—				—	—
	Линейная перегрузка, g	—	—	—	—	—	—	—	10-80

Вновь разрабатываемая РЭА должна отвечать тактико-тех­ническим, конструктивно-технологическим, эксплуатационным, надежностным и экономическим требованиям. Все эти требо­вания взаимосвязаны, и оптимальное их удовлетворение пред­ставляет собой сложную инженерную задачу.

Тактико-технические требования. Эти требования обычно содержатся в техническом задании на аппаратуру и включают в себя такие характеристики, как вид измеряемой физической величины, диапазон измерений, точность измерений, быстродействие, объем памяти для регистрации данных, точность выполнения вычислительных операций и т. д.

В основном данные требования удовлетворяются на ранних этапах разработки аппаратуры, когда определяются состав изделия, его структура, математическое обеспечение, основные требования к отдельным устройствам.

Конструктивно-технологические требования. К этим требо­ваниям относят: обеспечение функционально-узлового принципа построения конструкции РЭА, технологичность, минимальную номенклатуру комплектующих изделий, минимальные габариты и массу, меры защиты от воздействия клима­тических и механических факторов, ремонтоспособность.

Функционально-узловой принцип конструирования заключается в разбиении принципиальной схемы изделия на такие функционально законченные узлы, ко­торые могут быть выполнены в виде идентичных конструк­тивно-технологических единиц. Применение этого принципа конструирования позволяет автоматизировать процессы изго­товления и контроля конструктивных единиц, упростить их сборку, наладку и ремонт.

Технологичность конструкции в сущест­венной степени определяется рациональным выбором ее струк­туры, которая должна быть разработана с учетом автономного, раздельного изготовления и наладки основных элементов, узлов, блоков. Конструкция РЭА тем более технологична, чем меньше доводочных и регулировочных операций приходится выполнять после окончательной сборки изделий.

Понятие технологичности тесно связано с понятием эко­номичности воспроизведения в условиях производства. Наибо­лее технологичные конструкции, как правило, и наиболее экономичны не только с точки зрения затрат материальных ресурсов и рабочей силы, но и с точки зрения сокращения сроков освоения в производстве. Для них обычно характерны взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность, инструментальная доступность элементов и узлов.

В технологичной конструкции должны максимально ис­пользоваться унифицированные, нормализованные и стандарт­ные детали и материалы. Аппаратура считается также более технологичной, если в ней предусматривается минимальная номенклатура комплектующих изделий, материа­лов, полуфабрикатов.

Необходимость разработки для изделий новых материалов с улучшенными свойствами или новых техноло­гических процессов определяется технико-экономическим эффек­том их использования в данной аппаратуре.

К числу важных характеристик конструкции РЭА следует также отнести ремонтоспособность - качество конструкции к восстановлению работоспособности и поддержанию заданной долговечности. Для повышения ремонтоспособности в конструкции предусматривают:

а) доступность ко всем конструктивным эле­ментам для осмотра и замены без предварительного удаления других элементов;

б) наличие контрольных точек для под­соединения измерительной аппаратуры при настройке и контроле за работой аппаратуры;

в) применение быстросъемных фиксаторов и т. д.

Конструкция аппаратуры тем ремонтоспособнее, чем мень­шую конструктивную единицу она позволяет оперативно за­менять.

Эксплуатационные требования. К эксплуатационным требо­ваниям относят: простоту управления и обслуживания, различные меры сигнализации опасных режимов работы (выход из строя, обрыв заземления и т. д.), наличие аппаратуры, обеспечивающей профилактический контроль и наладку кон­структивных элементов (стенды, имитаторы сигналов и т. д.). В последнее время развивается направление построения систем высокой надежности и живучести, имеющих в своем составе средства самодиагностики и автореконфигурации системы.

С эксплуатационными требованиями тесно связаны требования обеспечения нормальной работы оператора. Важна также такая организация органов управления РЭА, которая бы отвечала современным эргономическим требованиям и требо­ваниям инженерной психологии.

Требования по надежности. Данные требования включают в себя обеспечение:

1) вероятности безотказной работы,

2) наработки на отказ,

3) среднего времени восстановления работоспособности,

4) долговечности,

5) сохраняемости.

Вероятность безотказной работы есть вероятность того, что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работы в аппаратуре не произойдет ни одного отказа.

Наработкой на отказ называют среднюю продолжительность работы аппаратуры между от­казами.

Среднее время восстановления работоспособности определяет среднее время на обнаружение и устранение одного отказа. Эта характеристика надежности является также важным эксплуатационным параметром.

Долговечностью прибора называют продолжительность его работы до полного износа с необхо­димыми перерывами для технического обслуживания и ремонта. Под полным износом при этом понимают состояние аппаратуры, не позволяющее ее дальнейшую эксплуатацию.

Сохраняемость аппаратуры - способность сохранять все технические характерис­тики после заданного срока хранения и транспортирования в определенных условиях.

Экономические требования. К экономическим требованиям относят:

1) минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуа­тацию изделия;

2) минимальную стоимость аппаратуры после освоения в производстве.

Тесная связь предъявляемых к аппаратуре требований приводит к тому, что стремление максимально удовлет­ворить одному из них ведет к необходимости снизить зна­чение других. Так, желание увеличить надежность вве­дением структурной избыточности неизбежно влечет за собой увеличение габаритов, массы, мощности потребления, стои­мости. В данном случае выходом служит дальнейшее повышение степени интеграции микросхем.

Соотношение между различными требо­ваниями может быть установлено исходя из типа, назначения и характера эксплуатации проектируемых изделий.

Для универсальных встраиваемых приборов наиболее важные требования - высокая надежность и малая стоимость в серийном про­изводстве.

Приборы для массового потреб­ления должны, прежде всего, иметь малую стоимость. Дости­жение высокого быстродействия для этого класса приборов - желательное, но не обязательное требование. Обычно стремятся достичь относительного высокого быстродействия, доступного в определенной ценовой категории.

Бортовые изделия должны обладать высокой степенью надежности. При этом стоимость приборов в некоторых случаях не имеет существенного значения.