Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Конструирование электронных узлов приборной аппаратуры




 

Выбор метода конструирования электронного

Функционального узла

 

Выбор метода конструирования электронного функционального узла (модуля первого уровня разукрупнения) представляет собой сложную комплексную задачу с большим числом итераций. По своей сути выбор метода конструирования узла - это выбор способов конкретной реализации принятого направления конструирования и созданного общего облика конструкции, т.е. принятие решений по следующим частным конструкторско-технологическим задачам:

- определение типа корпусов компонентов, подлежащих установке на монтажное основание модуля;

- выбор материала и типоразмера монтажного основания;

- выбор технологии монтажа узла;

- выбор конструкции монтажного основания с системой проводников, размещение соединителей, выбор класса точности;

- определение необходимой плотности монтажа;

- выполнение размещения компонентов на монтажном основании и проведение трассировки;

- обеспечение устойчивости конструкции узла к механическим воздействиям;

- обеспечение теплового режима работы узла;

- выбор варианта установки модуля в конструкциях верхних уровней.

В настоящее время в арсенале конструктора имеются десятки типовых вариантов конструкций функциональных электронных узлов приборного оборудования. Каждый из вариантов является результатом реализации определенного метода конструирования, учитывающего большое количество факторов эксплуатационного, конструкторского, технологического и организационно-экономического характера.

Процесс конструирования функциональных узлов (ФУ) подчиняется принципам структурно-параметрического синтеза конструкции, рассмотренных в разд.2.5. В процессе конструирования ФУ сочетаются две тенденции - генерация многообразия вариантов конструкции, удовлетворяющих множеству исходных требований и усечение принятого к рассмотрению множества вариантов [6,35].

Выбор метода конструирования является многокритериальной задачей, так как каждый из определяющих факторов выражается множеством требований, каждому из которых, в свою очередь, необходимо выбрать критерий (или целевую функцию) принятия решения.

Выбору метода конструирования предшествует определение, в первом приближении, количества модулей первого уровня разукрупнения в изделии. Эта задача, в значительной степени схемотехнического плана, подробно рассмотрена в [7,18,5].

Рассматриваемый этап конструирования характеризуется противоречивостью исходных требований. Основные конфликтные сочетания требований: обеспечение минимальных значений габаритов и массы узла, с одной стороны, и обеспечение механической устойчивости и теплового режима, с другой; обеспечение высокой степени интеграции, использование новых материалов, компонентов, технологий, с одной стороны, и минимизация себестоимости изготовления, обеспечение технологичности конструкции, с другой и т.п.



Указанные особенности и специфика исходных требований, рассмотренная в разделах 1 и 2 пособия, допускают использовать лишь процесс последовательного многоступенчатого итерационного выбора метода конструирования. Рекомендуемая последовательность выбора метода конструирования ФУ и возможные базовые варианты методов на каждом шаге выбора представлены в табл. 4.13.

После прохождения всех шагов выбора метода, получают комплекс базовых методов, определяющих основные принципы формирования конструкции ФУ. Рациональность полученной совокупности базовых методов определяется достоверностью решений, принимаемых на каждом шаге. Современное программно-методическое обеспечение процесса конструирования позволяет свести к минимуму возможные ошибки при принятии решений, основанных в значительной степени на эмпирике проектировщика. Таблица 4.14 содержит перечень основных объективных и субъективных знаний, относящихся к формальному аппарату интеллектуального конструирования.

Использование перечисленных в табл. 4.14 объективных и субъективных знаний возможно тогда, когда определены области требований к конструкции ФУ и известны условия существования решений.

Для формирования необходимых требований и возможных решений, следует рассмотреть заданные условия эксплуатации приборной аппаратуры. Используя схему рис. 4.16 можно сформировать области конструктивных решений, а затем на основе табл. 4.15 конкретизировать требования к конструкции ФУ и определить условия существования решений. В табл. 4.15 введены обозначения: МО - монтажное основание; ВВФ - внешние воздействующие факторы; КГ - коэффициент готовности; БНК - базовая несущая конструкция.

Конкретные варианты методов конструирования ФУ и условия принятия решений по выбору наиболее рационального варианта рассмотрим в последующих разделах.

 

Таблица 4.13

Выбор метода конструирования

 

Факторы, рассматриваемые на последовательных шагах выбора метода Базовые методы конструирования ФУ
Обслуживание приборного оборудования (обслуживаемое - необслуживаемое оборудование) 1. Разъемная конструкция ФУ (по отношению к более высокому конструктивному уровню) 2. Неразъемная конструкция (возможно и неразборная)
Группа жесткости конструкции 1. ФУ без рамки 2. ФУ в рамке
Конструктив элементной базы 1. ФУ на основе навесных корпусированных компонентов 2. ФУ на основе микросборок (микроузлов) на монтажном основании 3. ФУ на основе бескорпусных микросхем (кристалл на плате) и корпусированных пассивных компонентов. 4. Многоуровневая конструкция с использованием пленочных пассивных элементов на монтажном основании и (или) в слоях
Технология монтажа 1. С применением монтажа в отверстия 2. С применением планарного монтажа 3. По технологии поверхностного монтажа
По расположению навесных компонентов и системы проводников 1. Одностороннее расположение компонентов на односторонней печатной плате 2. Одностороннее расположение компонентов на двухсторонней печатной плате 3. Двустороннее расположение компонентов на двусторонней печатной плате 4. Одностороннее расположение компонентов на многослойной печатной плате 5. С расположением компонентов в теле монтажного основания

 

 

Таблица 4.14

Атрибуты реляционного представления конструкции ФУ

и конструктивно-технологические определители

 

Атрибуты базы данных Конструкторско-технологические определители базы знаний
1. Типовые конструкции ФУ 2. Материалы монтажных оснований 3. Компоненты (ЭРИ) и посадочные места 4. Параметры печатных плат 5. Конструкции рамок для ФУ 6. Технологические данные 7. Экономические данные 1. Правила реализации требуемой механической прочности 2. Правила обеспечения ремонтопригодности 3. Правила обеспечения климатической устойчивости 4. Правила обеспечения помехозащищенности 5. Правила выбора технологии монтажа 6. Правила выбора соединителей (разъемов) и их расположения 7. Правила размещения компонентов 8. Правила трассировки 9. Правила трассировки многослойных печатных плат 10. Правила конструирования толстопленочных элементов 11. Правила обеспечения теплового режима

 

 

Таблица 4.15

Детализация областей требований и решений при конструировании ФУ

Фактор x i выраженный множеством требований параметров и т.п.   Условия существования требования   Условия существования решения Группа вариантов решений ym
x 1 Без массогабаритных ограничений Без ограничений на размеры МО, размеры корпусов компонентов y1
x 2 Массогабаритные характеристики определяются уровнем рациональности Выбор рационального типоразмера МО и корпусов компонентов y2
x 3 Массогабаритные характеристики ограничены сверху Выбор решения, обеспечивающего требуемый уровень y3
x 4 Массогабаритные характеристики должны быть предельно минимальны Решение на уровне технической возможности в настоящее время y4
x 5 Выбор материала МО не ограничен специальными требованиями Решения по выбору определяются электрическими характеристиками схемы и стоимостным критерием y5
x 6 Выбор материала ограничен повышенными требованиями по климатическим параметрам Выбор решения ограничен материалами, удовлетворяющими требованиям заданных климатических параметров y6
x 7 Выбор материала имеет ограничения по действию механических факторов (задана группа жесткости) Выбор решения ограничен материалами, удовлетво-ряющих требованиям заданных механических воздействий y7
x 8 Выбор материала ограничен требованиями устойчивости к комплексному воздействию комбинаций внешних факторов Выбор решения ограничен материалами, устойчивыми к воздействию заданных внешних факторов во всем диапазоне изменения параметров y8
x 9 Выбор материала ограничен, помимо требований устойчивости к ВВФ, требо-ваниями технологии монтажа Выбор решений с учетом требований технологии монтажа y9
x 10 К конструкции ФУ не предъявляется требований ремонтопригодности Выбор решения из вариантов, не требующих извлечения ФУ из блока, выполнения замены, ремонта y10
x 11 Конструкция должна быть ремонтопригодной, Кг не лимитирован Выбор решения из типовых вариантов обеспечения ремонтопригодности y11
x 12 Временные параметры на замену, ремонт и др. жестко ограничены или задано ограничивающее значение Кг Выбор решений, обеспечивающих максимальную ремонтопригодность y12
x 13 Задана определенная группа жесткости по эксплуатации конструкции Выбор решений, обеспечивающих устойчивость конструкции ФУ к параметрам заданной группы жесткости y13
x 14 Параметры конструкции ФУ должны соответствовать параметрам в заданной системе БНК Выбор типоразмера из заданных системой БНК. Конструктивное исполнение - в соответствии с типовой конструкцией в системе БНК y14
x 15 Конструкция ФУ должна обеспечивать заданный тепловой режим Выбор решения из вариантов, обеспечивающих заданный тепловой режим функционирования y15
x 16 Конструкция ФУ должна обеспечивать заданный тепловой режим в герметичном корпусе Выбор решений, обеспечивающих заданный тепловой режим функционирования в герметичном корпусе y16
x 17 Конструкция ФУ должна обеспечивать размещение требуемого количества компонентов и реализацию необходимого числа связей (электрических, сигнальных) Выбор необходимого типоразмера МО и числа слоев многослойной печатной платы y17

 

4.6.2. Компоненты электронных функциональных узлов

Приборной аппаратуры

 

Конструкции компонентов электронных узлов относятся к классу навесных изделий электронной техники (ИЭТ), предназначенных для установки на монтажные основания узлов и входят вместе с микросборками в нулевой структурный уровень конструкций приборной аппаратуры. Виды корпусов навесных компонентов подробно рассмотрены в пособиях [2,10,27,30,53], поэтому целесообразно остановиться на конструкциях групп корпусов, определяющих выбор метода конструирования ФУ, виды конструкций монтажных оснований, технологию монтажа и др. Это следующие группы:

- компоненты со штыревыми выводами (микросхемы в корпусах подтипов 11, 12, 13, 14, 15, 21, 22, 31, 32, частично 61, 62 по ГОСТ 17467-88; микросборки со штыревыми выводами по боковой стороне или по аналогии с подтипом 12, под подложкой; транзисторы; диоды, резисторы, конденсаторы и др.);

- компоненты с планарными выводами (микросхемы в корпусах 41, 42 подтипов, частично в корпусах 15 подтипа, транзисторы, резисторы и др. в корпусах, аналогичных перечисленным корпусам микросхем);

- поверхностно-монтируемые компоненты (микросхемы в корпусах 43, 44, 45 подтипов и безвыводные в корпусах 51, 52, частично 61, 62, микросборки, транзисторы, резистивные сборки и др. в аналогичных корпусах);

- бескорпусные микросхемы (кристалл на плате).

Тип корпуса микросхемы можно определить по обозначению серий. Буквы, начинающие обозначение серии являются кодами и несут следующую информацию: К - МС широкого применения; Б - бескорпусные; КР - пластмассовый корпус (DIP или 21 подтип); КА - пластмассовый планарный; КМ - металлокерамический; КЕ - металлополимерный типа “Е” (PLSS или 45 подтип); КС - стеклокерамический; КН - керамический безвыводный типа “Н” (51 подтип); КИ стеклокерамический планарный; КФ - пластмассовый типа “Ф” ( S0 или 43 подтип).

Выбор элементной базы для ФУ содержит решение нескольких частных задач, состав которых зависит от требований условий эксплуатации:

- выбор серии микросхем и типов ЭРИ по условиям обеспечения функционального назначения;

- выбор типа корпусов микросхем и ЭРИ;

- проверка соответствия элементной базы требованиям по назначению приборного оборудования и климатическому исполнению;

- корректировка выбранных микросхем и ЭРИ при наличии ограничений (например, на шаг между выводами микросхем, на плотность установки на монтажном основании и др.);

- минимизация разновидностей типов корпусов и выводов выбранных микросхем и ЭРИ;

- технологический анализ выбранного множества корпусов микросхем и ЭРИ.

Суть решаемых частных задач поясняется рис. 4.17 .

Выбор варианта конструктивного исполнения всех ИЭТ, подлежащих установке на монтажном основании ФУ, непосредственно не влияет на метод конструирования. Варианты метода конструирования определяются на основе совместного рассмотрения элементной базы и монтажного основания.

Необходимо отметить особенность ФУ авиационной приборной аппаратуры, состоящую в чрезвычайно большом разнообразии ИЭТ и деталей, устанавливаемых на монтажные основания, что является отличием от классических представителей ФУ радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники.

Помимо ИЭТ широкого применения, в качестве навесных компонентов приборных ФУ можно отметить трансформаторы различных конструкций, дроссели, релейные устройства, мощные транзисторы и диоды и др., а также детали, радиаторы, теплоотводы, крепежные скобы, уголки, подставки, прокладки, штыри контактные, пистоны и др.

Такое разнообразие типов конструкций навесных компонентов и деталей требует локального конструирования отдельных участков на монтажном основании ФУ с постоянной проверкой совместимости принятого решения по отдельному участку со всей совокупностью принятых ранее решений.

 

Последнее изменение этой страницы: 2016-06-09

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...