Министерство образования и науки российской федерации Владивостокский государственный университет экономики и сервиса Институт информатики, инноваций и бизнес систем Кафедра электроники «Основы конструирования и технологии производства РЭУ» Тема « Жизненный цикл радиоэлектронных устройств » Ведущий преподаватель: Белоус И.А. Владивосток, 2014

СОДЕРЖАНИЕ 1. Классификация РЭС по функциональным и конструктивным признакам 2. Общие характеристики РЭС и этапы развития их конструкций и технологий 3. Жизненный цикл РЭС 4. РЭС как объект проектирования, производства и эксплуатации 5. Несущие конструкции 6. Развитие несущих конструкций РЭС 7. Принципы построения конструкционных систем

ЛИТЕРАТУРА 1. Основы конструирования и технологии радиоэлектронных средств: учебное пособие для студ. вузов / Г. Ф. Баканов, С. С. Соколов, В. Ю. Суходольский. - М.: Академия, с.: ил.

1. Классификация РЭС по функциональным и конструктивным признакам Стандартом ГОСТ определено значение термина «радиоэлектронное средство» как изделия и его составных частей, в основу функционирования которых положены принципы радиотехники и электроники.

Уровни разукрупнения РЭС по функциональной сложности подразделяют на системы, комплексы, устройства и узлы: радиоэлектронная система РЭС, представляющее собой совокупность функционально взаимодействующих автономных радиоэлектронных комплексов и устройств, образующих единое целое, обладающее свойством перестроения структуры в целях рационального выбора и использования входящих средств при решении технических задач; радиоэлектронный комплекс РЭС, представляющее собой совокупность функционально связанных радиоэлектронных устройств, обладающее свойством перестроения структуры в целях сохранения работоспособности и предназначенное для решения технических задач;

радиоэлектронное устройство РЭС, представляющее собой функционально законченную сборочную единицу, которая реализует функции передачи, приема, преобразования информации или техническую задачу на их основе и выполнена на несущей конструкции; радиоэлектронный узел РЭС, представляющее собой функционально законченную сборочную единицу, которая реализует функцию преобразования сигнала и не имеет самостоятельного эксплуатационного значения;

Уровни разукрупнения РЭС по конструктивной сложности подразделяют на шкафы, каркасы и ячейки: третий уровень радиоэлектронный шкаф (стойка, тумба, пульт), предназначенный для размещения радиоэлектронных систем и комплексов. Функционально законченный радиоэлектронный шкаф, выполненный на основе базовой несущей конструкции третьего уровня (БНК-3) и обладающий свойствами конструктивной взаимозаменяемости, называется радиоэлектронным модулем третьего уровня (РЭМ-3);

второй уровень радиоэлектронный каркас рама, корзина), предназначенный для размещения радиоэлектронных устройств. Функционально законченный радиоэлектронный блок, выполненный на основе БНК-2, обладает свойствами конструктивной взаимозаменяемости и его называют радиоэлектронным модулем второго уровня (РЭМ-2); первый уровень радиоэлектронная ячейка, предназначенная для размещения радиоэлектронных узлов. Функционально законченную радиоэлектронную ячейку {кассету), выполненную на основе БНК-1 и обладающую свойствами конструктивной взаимозаменяемости, называется радиоэлектронным модулем первого уровня (РЭМ-1);

нулевой уровень функционально и конструк­тивно законченное РЭС (ИМС, микросборка, микросхема), размерно-координируемое с БНК-1 и обладающее свойствами конструктивной взаимозаменяемости, называется радиоэлектронным модулем нулевого уровня (РЭМ-0).

Рис.1 Уровни разукрупнения РЭС по конструктивной сложности: а радиоэлектронный шкаф; б - радиоэлектронный каркас; в радиоэлект­ронный блок; г радиоэлектронная ячейка; д микросхема.

В классификационном пространстве РЭС подразделяют также: по областям использования: радиосвязь и радиовещание, телевидение и видеотехника, радиолокация и радионавигация, радиоуправление и радиотелеметрия, радиоизмерение, радиоастрономия и радиометеорология и др.; выполняемым функциям: излучение и прием электромагнитных колебаний, генерация, усиление и преобразование колебаний, управление колебаниями, обработка информации, контроль и диагностика состояния, энергоснабжение; объектам установки: наземные (стационарные, носимые, возимые), морские, самолетно-вертолетные, ракетнокосмичес­кие.

2. Общие характеристики РЭС и этапы развития их конструкций и технологий Современный научно-технический прогресс тесно связан с достижениями радиоэлектроники, с внедрением РЭС во все отрасли науки и промышленности, с их постоянным усложнением. Одновременно растут и требования к качеству, надежности, серийно-пригодности и конкурентоспособности РЭС: качество совокупность параметров и характеристик изделия, относящихся к его способности удовлетворять установленные или предполагаемые потребности;

надежность совокупность параметров и характеристик из­делия, относящихся к его способности противостоять воздействию неблагоприятных факторов условий эксплуатации; серийнопригодность совокупность параметров изделия, ха­рактеризующих их приспособленность к серийному или массовому выпуску в условиях современного производства; конкурентоспособность способность изделия обеспечить прибыль в условиях конкурентной борьбы за рынки сбыта.

Организация серийного и массового производств возможна либо за счет наращивания производственных мощностей (экстенсивный путь развития производства, характерный для его ранних стадий), либо за счет внедрения новых технологий и методов организации производства, автоматизации и механизации технологических процессов (интенсивный путь развития, характерный для современного производства).

При этом в проектировании конструкций РЭС произошел переход от блочного метода к функционально-узловому и функционально-модульному методам проектирования. Длительное время разработка конструкций и технологий РЭС велась применительно к индивидуальным требованиям конкретного устройства. Расчленение конструкции в целях ее стандартизации ни и унификации производилось лишь до уровня блока (отсюда и название метода). Блочная конструкция не позволяла автоматизировать технологические процессы сборки и монтажа и, по мере ее усложнения, перестала удовлетворять требованиям условий эксплуатации.

В настоящее время налажен массовый выпуск унифицированных функциональных узлов (УФУ) на основе дискретных ЭРК и ИМС. Специализированные функциональные узлы современных РЭС (например, микросборки СВЧ устройств) составляют не более 20 % от общего числа. В ряде случаев они реализованы на той же конструктивно-технологической базе, что и УФУ: на основе базовых матричных кристаллов (БМК) или на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС).

Возникновение в конце 1950-х гг. научно-технического направления «микроэлектроника», связанного с появлением полупроводниковых ИМС, позволило резко повысить надежность РЭС. Этому способствовали увеличение числа активных и пассивных компонентов, формируемых одновременно на поверхности полупроводниковой пластины (чипа) методами интегрально-групповой технологии, высокая культура производства и практически полная автоматизация процессов проектирования конструкций и технологий с использованием современных систем автоматизированного проектирования (САПР).

Дальнейшее повышение надежности РЭС связано с разработкой и внедрением преобразователей рода энергии, функционирующих на основе новых физических принципов, реализация которых позволяет отказаться от использования ненадежных, громоздких и энергоемких механических узлов, моточных изделий, коммутационных элементов.

Принято говорить о поколениях РЭС, разработанных на разных этапах их развития. К настоящему времени созданы и функционируют РЭС пятого поколения. Появление каждого нового поколения связано с появлением нового типа активного ЭРК прибора, способного усиливать мощность полезного сигнала (реле, радиолампа, транзистор, микросхема). Кроме того, для каждого поколения РЭС характерны вид конструктивного исполнения, базовые технологические процессы их изготовления, методы и средства проектирования. С появлением новых объектов носителей использования этих средств, усложняются условия их эксплуатации, увеличивается срок службы.

РЭС имеют жизненный цикл, представляющий собой упорядоченную последовательность определенных этапов: Изготовление и испытание Постановка задачи Проектирование Эксплуатация Утилизация 3. Жизненный цикл РЭС

Содержание и продолжительность этапов, их результативность и взаимосвязь определяются: конкретным видом РЭС, их местом в общей классификации, целевой функцией, научно-техническим и технологическим уровнями, достигнутыми в данной области техники на момент начала проектирования, а также состоянием нормативной и технологической баз проектирования.

Постановка задачи На этом этапе, формулируют целевую функцию, а также совокупность требований, которым должны отвечать эти средства: Функциональные, Эксплуатационные, Конструктивные, Технологические, Эргономические, Эстетические, Экономические, Экологические. Результатом выполнения первого этапа являются согласованные между заказчиком и изготовителем значения всех требований.

Проектирование На проектном этапе изготовитель реализует большую часть этих требований. Результатом этого этапа является полный комплект конструкторско- технологической и программной документации, необходимой для выпуска опытного образца изделия или запуска его в серийное производство. Проектный этап является важнейшим, в ходе его выполнения изготовитель принимает основные технические решения по конструкции изделия и технологии его изготовления.

Изготовление и испытание На этапах изготовления и испытаний изделия изготовитель реализует технологические, эстетические и экономические требования, зависящие от состояния производственной базы, качества сырья, материалов и комплектующих изделий, соблюдения технологической дисциплины.

Эксплуатация На этапе эксплуатации изделия подтверждается (или не подтверждается) его работоспособность в реальных условиях эксплуатации и в течение заданного времени. Утилизация Этап утилизации изделия, выработавшего свой ресурс или морально устаревшего, является логическим завершением его жизненного цикла и одной из сложнейших экологических проблем современного общества.

На отдельных этапах жизненного цикла изделия реализация части требований, предъявляемых к нему, может оказаться невозможной или экономически неоправданной, либо могут появиться дополнительные возможности повышения качества, надежности и других характеристик изделия. В реальном процессе создания изделий всегда существует возможность изменять исходные параметры отдельных этапов. В этом проявляется системное свойство жизненного цикла большинства изделий.

4. РЭС как объект проектирования, производства и эксплуатации Конечной целью любого изделия является запуск его в серийное производство с заданным уровнем рентабельности. При этом конкурентоспособность изделия на рынке обеспечивается за счет его высокого качества, высокой надежности, серийнопригодности, технологичности, низкой себестоимости.

Сложность разработки такого конкурентоспособного изделия обусловлена начальной неопределенностью исходных данных для решения конкретных проектных задач. В ходе выполнения проектного этапа эту неопределенность постепенно устраняют, однако взаимозависимость решений отдельных задач проектирования может сохраняться до момента выпуска серийной продукции и постановки ее на эксплуатацию.

Практика разработки современных РЭС показала, например, неэффективность и нецелесообразность проектирования принципиальных схем устройств без учета состояния и перспективы развития. Разработку конкурентоспособных РЭС необходимо выполнять как комплексное проектное исследование схем, конструкций и технологий, включающее в себя расчеты, моделирование, макетирование, изготовление опытных образцов и их испытания. Теоретической предпосылкой для такого системного подхода к созданию РЭС является представление РЭС большой или сложной технической системой. На основе этого подхода реализуют этапы проектирования и изготовления серийных РЭС.

Рассмотрим содержание этапов ОКР РЭС. В ходе проектной стадии ОКР, которой предшествовала разработка и согласование общего техни­ческого задания (ТЗ) и частных ТЗ (ЧТЗ) на проведение ОКР, выполняют разработку и защиту: технического предложения (ПТ) или аванпроекта; эскизного проекта (ЭП); технического проекта (ТП).

После выполнения каждого этапа проектной стадии оформляется техническая документация, являющаяся исходной для выполнения последующих этапов. Выполнение каждого этапа осуществляется разными специалистами. В ходе выполнения рабочей стадии выпускают полный комплект конструкторской и технологической документации (КД, ТД) на образец изделия. После многократных опытов изделия и корректировок документации, подлинники документов поступают на завод.

На стадии установившегося серийного производства изготовляют и испытывают головную серию изделия под авторским надзором, и только после этого завод начинает серийный выпуск изделия.

5. Несущие конструкции Несущая конструкция (НК) предназначена для размещения, компоновки и коммутации ЭРК и других составных частей изделия в целях обеспечения его устойчивого функционирования и защиты от воздействия неблагоприятных факторов условий эксплуатации.

Система построения БНК РЭС установлена ГОСТ Помимо требований, определяемых назначением НК, они должны: быть технологичными, т.е. согласно ГОСТ при меньших по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения затратах труда, средств, материалов и времени на техническую подготовку производства, изготовление, эксплуатацию и ремонт, обеспечить достижение установленных значений показателей качества в принятых условиях изготовления, эксплуатации и ремонта;

быть охраноспособными, т.е. обладать патентной чистотой, обеспечивающей правовую защиту новых технических решений в конструкции изделия, и соблюдать порядок использования отечественных и зарубежных научно-технических достижений; иметь минимальные массу и габаритные размеры при сохранении заданных параметров прочности и устойчивости функционирования;

отвечать требованиям эргономики и технической эстетики; отвечать требованиям стандартизации, которую понимают (ГОСТ 1.0) как «...систему мероприятий по установлению и применению правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон»; разновидностями стандартизации являются ограничение, типизация, агрегатирование и унификация:

Эргономика наука, изучающая человека и его деятельность в условиях производства; разрабатывает рекомендации по оптимизации орудий, условий и процесса труда, обеспечивающие максимальную эффективность деятельности человека; Техническая эстетика наука, изучающая социально- культурные, технические и эстетические проблемы формирования гармоничной предметной среды, создаваемой средствами промышленного производства;

Ограничение сокращение общего числа типов из определенного ряда существующих объектов рассматриваемой совокупности с целях уменьшения номенклатуры применяемых деталей, материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий; Типизация разработка типовых конструкций или технологических процессов на основе общих для ряда изделий (процессов) технических параметров; примером типизации является разработка конструкций РЭС на основе БНК;

Агрегатирование расчленение и конструктивное оформление общих узлов, пригодных для использования в различных изделиях в виде функционально законченных устройств, для изготовления которых может быть организовано специализированное производство; Унификация метод стандартизации, устанавливающий рациональное число как действующих, так и разрабатываемых разновидностей объектов функционального одинакового назначения и направленный на сокращение номенклатуры объектов и, следовательно, на повышение их серийнопригодности, снижение трудоемкости производства, повышение качества продукции.

6. Развитие несущих конструкций РЭС Развитие несущих конструкций РЭС проходило под влиянием: смены поколений ЭРК; расширения областей применения и условий эксплуатации РЭС; возрастающей потребности в серийном и массовом произ­водствах РЭС гражданского и военного назначений; требований к повышению надежности РЭС; появления и развития методов и средств автоматизированно­го проектирования конструкций и технологий РЭС; развития способов внутри- и межмодульной коммутации.

«Системой» называется объект любой природы (либо совокупность объектов любой природы, в том числе различной природы), обладающий уникальным системным свойством, ко­торым не обладает ни одна из частей системы при любом способе ее членения, и не выводимым из свойств частей.

Современные РЭС являются функциональной и конструктивной системами, так как несут в себе ее признаки: состоят из множества конструктивных элементов нижних уров­ней (ЭРК, ячейки, модули), объединенных в конструкции выс­шего уровня (блок, тумба) посредством множества связей (печат­ный монтаж, кабели) в соответствии с принятыми принципами ее построения;

состоят из иерархически подчиненных конструктивных уров­ней в соответствии с принятым принципом разукрупнения; между конструктивными уровнями существуют определен­ные связи и отношения; обладают определенностью поведения, противостоя воздей­ствию внешних дестабилизирующих факторов условий эксплуата­ции: механических и климатических согласно ГОСТ 21552, ради­ационных согласно ГОСТ 18298;

являются частью другой системы; собственно же «конструк­ции» РЭС как их материальное воплощение являются подсисте­мами РЭС; наконец, «несущая конструкция» часть общей кон­струкции РЭС, обеспечивающая размещение и закрепление кон­ структивных элементов нижних уровней для их совместной эксп­луатации; находятся в постоянном развитии (обновлении, моральном и физическом старении).

Существовавшие ранее отечественные КС являлись отраслевыми и отличались друг от друга по ряду признаков числу уровней, их наименованию и содержанию, конструктивной сложности. Отсутствие согласования размерных рядов сделало невозможным взаимозаменяемость конструкций различных КС. Современ­ной основой для унификации КС является стандарт МЭК 297 Международной электротехнической комиссии, нормализующий все виды конструктивной иерархии.

7. Принципы построения конструкционных систем Конструкционные системы построены на основе принципов входимости, вариантности и размерно- модульной координации. В соответствии с принципом входимости конструкционные эле­менты низших уровней в конструктивной иерархии должны «входить» в конструктивные элементы высшего уровня;

Раз­личают четыре уровня входимости конструктивных элементов РЭС, имеющих следующие компоновочные признаки: 1) печатные платы, ячейки, участвующие одной из своих плос­костей в формообразовании изделий и предназначенные для ком­поновки на них кристаллов ИМС, корпусированных ИМС, диск­ретных ЭРК и микросборок, не принимающих непосредственно­го участия в формообразовании конструкции изделия;

2) блоки, модули, кассеты, имеющие вспомогательные фор­мообразующие признаки комплектов оборудования и предназна­ченные для компоновки на них элементов первого уровня; 3) каркасы, панели, рамы, стойки, шкафы, имеющие само­стоятельные формообразующие признаки и предназначенные для компоновки на них элементов первого и второго уровней; 4) объект установки групповое, функционально связанное сочетание конструктивных элементов третьего уровня, размещен­ных в радиотехническом отсеке подвижного объекта-носителя, либо в закрытом помещении (ЭВМ, приемопередающий центр).

Ряды основных размерных чисел регламентированы отрасле­выми стандартами и составляют для различных отраслей несколь­ко сот их типономиналов. При этом конструктивный элемент лю­бого уровня входимости задан своими габаритными, установоч­ными и присоединительными размерами. Размеры служат также средством формирования эргономических характеристик изделия, обеспечивая композиционную законченность его формы, его со­ ответствие антропометрическим характеристикам человека-оператора, а также соответствие архитектурным элементам объекта, на котором будет размещено изделие.