Принципы модульного конструирования радиоэлектронной аппаратуры и базовые несущие конструкции

Элементная и конструктивная основа обеспечения эксплуатационной надежности.

Конструкция АРЭО объединяет все элементы, составляющие электрическую схему устройства или системы, и должна отвечать требованиям, предъявляемым к этому типу АРЭО. Оптимальное удовлетворение этих требований может быть осуществлено только путем рационального разбиения схемы устройства на относительно мелкие, часто повторяющиеся участки, реализуемые в виде типовых конструктивных единиц.

Конструкция машины, разработанная без особенностей технологии изготовления и эксплуатации, как правило, обладает низкой надежностью и оказывается нежизнеспособной.

Вопросы рационального конструирования РЭА на основе модулей являются чрезвычайно важными в общей проблеме обеспечения качества и эффективности радиоаппаратуры. В мировой практике наметилось три основных пути реализации данного подхода. Первый связан с применением функциональных модулей малой сложности в виде небольшой печатной платы с установленными на ней разъемами и радиоэлементами. В данном случае аппаратура создается на основе каталога стандартных по функциям электронных модулей.

Второе направление заключается в компоновке образцов РЭА из крупных функционально законченных модулей в виде блоков питания, памяти и др. [10].

Третье направление, наиболее перспективное, использует модульный принцип на всех уровнях конструктивной иерархии, когда модули РЭА более высоких уровней составляются из модулей более низких уровней. Такой подход реализован при создании единой системы ЭВМ/ЕС [11]. Выбор типовых решений по базовым конструкциям ЕС ЭВМ основывается на общих технических требованиях к ЕС ЭВМ и исходит из следующих предпосылок: использование единой элементной базы; применение модульного принципа конструирования; построение функционально законченных узлов и блоков; упорядоченная организация связей.

Для построения электронных устройств ЕС ЭВМ используется пять модульных уровней, каждый из которых является базовой конструкцией:

- модуль нулевого уровня – интегральная микросхема;

- модуль первого уровня – ТЭЗ, содержащий до 72 микросхем и представляющий собой узел функциональной схемы, выполняющий операции логического преобразования информации над частью разрядов машинного слова;

- модуль второго уровня состоит из типовых элементов замены с количеством до сорока;

- модуль третьего уровня – рама, содержащая до шести панелей; например, функционально законченная схема в объеме одной рамы представляет арифметическое устройство или устройство управления процессором;

- модуль четвертого уровня – это стойка, содержащая до трех рам; предназначена для размещения оборудования процессора, каналов или устройства управления и т.п.

Модульный принцип построения систем позволяет максимально продлить срок их службы без существенного морального износа за счет поэтапной модернизации отдельных электронных модулей. В целом все направления модульного проектирования основываются на общетехническом принципе агрегатирования, который формулируется следующим образом:

- законченное радиотехническое устройство с самостоятельной функцией представляет собой агрегат, состоящий из нескольких независимых устройств – модулей;

- расчленение на модули производится таким образом, чтобы каждый их них выполнял определенную функцию, присущую ряду агрегатов, и при этом имел конструктивно-технологическую законченность;

- виды сопряжений модулей должны обеспечивать их сборку в агрегат с заданными технико-эксплуатационными характеристиками;

- функциональное разнообразие агрегатов достигается различным сочетанием модулей, а также возможностью наращивания структуры агрегатов в процессе их эксплуатации;

- средства одного функционального назначения должны образовывать параметрические ряды.

Основным условием агрегатирования является совместимость агрегатных средств – модулей. Концепция совместимости, включающая в настоящее время требования, удовлетворяющие таким ее видам, как энергетическая (электрическая), информационная, метрологическая, конструктивная и эксплуатационная, основана на последовательной унификации и стандартизации модулей. Это значительно сокращает сроки проектирования и введения в эксплуатацию РЭА.

Принципы модульного конструирования РЭА привели к необходимости существенно ограничить номенклатуру несущих конструкций и перейти к производству их основных деталей на специализированных заводах. Подобные конструкции были разработаны и получили название базовых несущих конструкций (БНК).

Базовые несущие конструкции выбираются исходя из условий эксплуатации проектируемой РЭА и при правильном их применении гарантируют не только соответствие РЭА этим условиям, но и технологичность в производстве.

Использование БНК имеет большое значение, как для разработчиков, так и для производственников. Первые избавляются от наименее творческого, рутинного, кропотливого труда по разработке деталей конструкции РЭА и получают возможность эффективно использовать системы автоматизированного проектирования (САПР). Вторые избавляются от широкой номенклатуры деталей и получают возможность эффективно использовать высокопроизводительное оборудование. В эксплуатации при этом появляется возможность существенной модернизации оборудования без замены его конструктивных элементов.

Не следует думать, что применение БНК приводит к существенной избыточности конструкции РЭА. Развитие БНК обеспечивает модульное наращивание конструкции по вертикали, по горизонтали и по глубине, возможность создания напольных, настольных и встроенных конструкций, использование печатных узлов (плат) различного размера и с разным шагом установки, возможность применения естественного или принудительного охлаждения, размещение в стационарных помещениях, в контейнерах или в кузовах и т.п. При создании крупных объектов применение определенных БНК обеспечивает конструктивное единство, удобство размещения и эксплуатации разнородной РЭА, разработанной различными организациями и в разное время.

Крупномасштабное автоматизированное производство элементов БНК на специализированных заводах не только гарантирует качество, но и снижает материалоемкость за счет использования прогрессивных технологий.

Дата добавления: 2015-05-29