книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

ВВЕДЕНИЕ

Под конструкцией ЭА понимается совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, находящихся в опреде­ ленной пространственной, механической, тепловой, электромагнитной и энергетической взаимосвязи. Эта взаимосвязь определяется электрическими схемами и конструкторской документацией и обеспечивает выполнение электронной аппаратурой заданных функций с необходимой точностью и надежностью в условиях воздействия на нее различных факторов: эксплуа­ тационных, производственных, человеческих.

Технология производства, или технологический процесс — основ­ ная часть производственного процесса, заключающаяся в выполнении опре­ деленных действий, направленных на изменение исходных свойств объекта производства (в нашем случае ЭА) и достижение им определенного состоя­ ния, соответствующего технической (конструкторской) документации.

Конструирование и технология производства являются, с одной сто­ роны, отдельными частями сложного процесса разработки ЭА, а с другой, не могут выполняться в отдельности, без учета взаимосвязей между собой и с другими этапами разработки. Являясь этапами более общего процесса: «разработка — производство — эксплуатация», как конструирование, так и технология определяют в конечном итоге общие потребительские свойства ЭА.

Выполнение рабочих функций ЭА характеризуется набором парамет­ ров X, (/ = 1,..., п), конкретные величины и способы количественной оценки которых зависят от этапа разработки. Так, в техническом задании указыва­ ются обычно номинальные значения параметров ЭА Х ° (i = 1, ..., п). Влия­

12

Введение

ние конструкторской разработки, производственной среды, приемо-сда­ точных и периодических испытаний приводит к появлению вероятностных

эксплуатации приводит к случайному изменению параметров во времени X t(t) (/ = 1, ..., л), конкретные значения которых могут отличаться от приве­ денных в техническом задании.

Строгий учет этих факторов требует от разработчика ЭА знаний по всем вопросам конструкторско-технологического проектирования:

•виды и порядок разработки технической документации;

•влияние внешних факторов на работоспособность ЭА;

•методы проектирования и изготовления микроэлектронных изделий,

•методы конструирования элементов, узлов и устройств ЭА;

•обеспечение электромагнитной совместимости, механической прочности, нормальных тепловых режимов и надежности;

•проектирование ЭА с учетом требований эргономики и технической эсте­ тики;

•общие вопросы организации производства ЭА;

•стандартные и специальные технологические процессы в производстве ЭА;

•методы сборки и монтажа ЭА;

•методы регулировки, настройки и испытаний ЭА и т . д.

Развитие информационных технологий и широкое их применение для проектирования различных изделий дает возможность разработчику ЭА ис­ пользовать принципиально новые инструменты и подходы, что в конечном итоге отражается на сокращении сроков разработки, улучшении техниче­ ских и снижении экономических показателей создаваемой ЭА.

Все эти проблемы представлены вниманию читателя в предлагаемой

книге.

13

1. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

1.1. Этапы разработки электронной аппаратуры

Государственными стандартами РФ определен порядок разработки и постановки на производство продукции технического назначения, в том числе и ЭА. В частности, Государственным стандартом установлены сле­ дующие стадии разработки:

•техническое предложение;

•эскизный проект (ЭП);

•технический проект.

Основой для разработки является техническое задание (ТЗ), содержа­ ние которого устанавливает ГОСТ. В ТЗ излагаются назначение и область применения разрабатываемой ЭА, технические, конструктивные, эксплуата­ ционные и экономические требования к ЭА, условия по ее хранению и транспортированию, требования по надежности, правила проведения испы­ таний и приемки образцов в производстве.

На стадии технических предложений проводится анализ существую­ щих технических решений, патентные исследования, проработка возмож­ ных вариантов создания ЭА, выбор оптимального решения, макетирование отдельных узлов ЭА, выработка требований для последующих этапов раз­ работки.

На стадии эскизного проектирования осуществляют конструктор­ скую и технологическую проработку выбранного варианта реализации ЭА; изготавливается действующий образец или серия ЭА; проводятся их испытания в объеме, достаточном для подтверждения заданных в ТЗ тех­ нических и эксплуатационных параметров; организуется разработка в полном объеме необходимой конструкторской документации, которой присваивается литера «Э»; прорабатываются основные вопросы техноло­

14

1.1. Этапы разработки электронной аппаратуры

гии изготовления, наладки и испытания элементов, узлов, устройств и ЭА в целом.

На стадии технического проекта принимаются окончательные реше­ ния о конструктивном оформлении ЭА и составляющих ее узлов, разраба­ тывается полный комплект конструкторской и технологической документа­ ции, которой присваивается литера «Т», изготавливается опытная серия ЭА, проводятся испытания ЭА на соответствие заданным в ТЗ техническим и эксплуатационным требованиям. Результаты технического проектирования являются основой для разработки полного комплекта рабочей конструктор­ ской документации, которой присваивается литера «О».

Впоследующем осуществляется технологическая подготовка произ­ водства, выпуск установочной серии и организация серийного (массового) выпуска ЭА.

Стадии разработки ТЗ, технических предложений и ЭП включаются, как правило, в научно-исследовательскую работу (НИР), а стадии разработ­ ки технического проекта и технологической подготовки производства — в

опытно-конструкторскую разработку (ОКР).

Впоследние годы применительно к продукции технического назначе­ ния используется термин жизненный цикл, под которым понимаются все этапы создания изделия, начиная с разработки ТЗ и кончая эксплуатацией готовых изделий с последующей утилизацией. Жизненный цикл ЭА, разде­ ленный на этапы ее разработки, изготовления и эксплуатации, представлен на рис. 1.1. Здесь к эскизному проектированию можно отнести этапы 1— 6, к техническому проекту - этапы 7— 19. В двойную рамку на рис. 1.1 заключе­ ны те этапы, полное или частичное выполнение которых зависит от участия

вих выполнении специалистов-конструкторов и специалистов-технологов. Все вышесказанное относится к вновь создаваемой ЭА, основанной на

использовании принципиально новых технических решений. В настоящее время в связи с развитием предприятий, специализирующихся на разработке и производстве отдельных узлов и устройств ЭА, появилась возможность существенного сокращения трудовых и временных затрат на создание круп­ носерийных или массовых изделий (так называемые сборочная или «отверточная» технология). В этом случае разработчикам ЭА необходимо тща­ тельно подобрать комплектующие изделия, чтобы созданная ими аппарату­ ра была технологичной в изготовлении, удобной в эксплуатации и конкурентоспособной, а также выполнить ряд работ, предусмотренных схе­ мой на рис. 1.1, например, выпуск документации, проведение испытаний и т. д.

С развитием сети INTERNET широкие возможности для создателей ЭА открывает CALS-технология (Computer-Aided of Logistics Support) — стратегия промышленности, направленная на эффективное создание, обмен, управление и использование баз данных, поддерживающих жизненный цикл

15

/. Организация проектирования ЭА. Техническая документация

Рис. 1.1. Этапы разработки электронной аппаратуры

16

L1. Этапы разработки электронной аппаратуры

Окончание рис 1.1

17

1. Организация проектирования ЭА. Техническая документация

создаваемого изделия. Более подробно принципы организации и использо­ вания CALS-технологии рассмотрены в [12, 29, 36].

1.2. Техническая документация

На всех этапах жизненного цикла (разработка — производство — экс­ плуатация) ЭА сопровождает техническая документация (ТД). Состав этой документации и ее содержание регламентируется Государственными стан­ дартами. В настоящее время в стране действует большое количество стан­ дартов, которые сгруппированы по направлениям жизненного цикла изде­ лий в следующие комплексы:

•единая система конструкторской документации (ЕСКД);

•единая система технологической документации (ЕСТД);

•единая система программной документации (ЕСПД);

•единая система технологической подготовки производства (ЕС 11U1);

•единая система защиты изделий и материалов от коррозии, старения

ибиоповреждений (ЕСЗКС) и др.

Основная задача стандартизации — обеспечить единую нормативно­ техническую, информационную, методическую и организационную основу проектирования, производства и эксплуатации изделий. При этом обеспечи­ вается использование единого технического языка и терминологии, взаимо­ обмен документацией между предприятиями без ее переоформления, со­ вершенствование организации проектных работ, возможность автоматиза­ ции разработки ТД с унификацией машинно-ориентированных форм документов, совершенствование способов учета, хранения и изменения до­ кументации и др.

Единая система конструкторской документации

Государственные стандарты, входящие в ЕСКД, устанавливают взаи­ мосвязанные единые правила и положения по порядку разработки, оформ­ ления и обращения конструкторской документации на изделия, разрабаты­ ваемые и выпускаемые предприятиями всех отраслей промышленности.

Конструкторские документы (КД) — графические и текстовые до­ кументы, в отдельности или в совокупности определяющие состав и устрой­ ство изделия и содержащие необходимые данные для его разработки и изго­ товления, контроля, приемки, эксплуатации, ремонта, утилизации.

Стандартам ЕСКД присваивают обозначения по классификационному принципу. Номер стандарта составляется из цифры, присвоенной классу

18

1.2. Техническая документация

стандартов ЕСКД, одной цифры после точки, обозначающей классификаци­ онную группу стандартов в соответствии с табл. 1.1, числа, определяющего порядковый номер стандарта в данной группе, и двузначной цифры (после тире), указывающей год регистрации стандарта. Например, обозначение стандарта ЕСКД «ЕСКД. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выпол­ нению» имеет вид: ГОСТ 2.701— 84, т. е. ГОСТ — категория нормативно­ технического документа (государственный стандарт), 2 — класс (стандарты ЕСКД), 7 — классификационная группа стандартов, 01 — порядковый но­ мер стандарта в группе, 84 — год регистрации стандарта.

Таблица 1.1. Классификационные группы стандартов в ЕСКД

2Классификация и обозначение изделий в КД

3Общие правила выполнения чертежей

4Правила выполнения чертежей изделий машиностроения и приборо­ строения

5Правила обращения КД (учет, хранение, дублирование, внесение из­ менений)

6Правила выполнения эксплуатационной и ремонтной документации

7Правила выполнения схем

8Правила выполнения документов строительных, судостроительных и горных дел

9 Прочие стандарты

К графическим конструкторским документам относятся:

чертеж детали — изображение детали и другие данные, необходи­ мые для ее изготовления и контроля;

сборочный чертеж (СБ) — изображение сборочных единиц и другие детали, необходимые для сборки и контроля;

чертеж общего вида (ВО) — определяет конструкцию изделия, взаи­ модействие его основных частей и поясняет принцип работы изделия;

теоретический чертеж (ТЧ) — геометрическая форма (обводы) изде­ лия и координаты расположения основных частей;

габаритный чертеж (ГЧ) — контурное изображение изделия с габа­ ритными, установочными и присоединительными размерами;

электромонтажный чертеж (ЭМ) — данные для электрического монтажа изделия;

19

1. Организация проектирования ЭА. Техническая документация

монтажный чертеж (МЧ) — контурное изображение изделия и дан­ ные для его установки на месте эксплуатации;

установочный чертеж (УЧ) — данные для установки изделия; схема — составные части изделия в виде условных изображений или

обозначений и связи между ними; К текстовым конструкторским документам относятся:

спецификация — определяет состав сборочной единицы, комплекса, комплекта;

ведомость тарификаций (ВС) — перечень всех спецификаций со­ ставных частей изделия с указанием их количества и входимости;

ведомость ссылочных документов (ВД) — перечень документов, на которые имеются ссылки в КД на изделие;

ведомость покупных изделий (ВП) — перечень покупных изделий, примененных в разрабатываемом изделии;

ведомость разрешений применения покупных изделий (ВИ) — пере­ чень покупных изделий, разрешенных к применению по ГОСТу;

ведомость держателей подлтников (ДП) — перечень организацийхранителей подлинников примененных в изделии документов;

ведомость технического предложения (ВТ) — перечень документов, вошедших в техническое предложение;

ведомость эскизного проекта (ЭП) — перечень документов, вошед­ ших в эскизный проект;

ведомость технического проекта (ТП) — перечень документов, во­ шедших в технический проект;

пояснительная записка (ПЗ) — описание устройства и принципа дей­ ствия разработанного изделия, а также обоснование разработки;

технические условия (ТУ) — требования к изделию, его изготовле­ нию, контролю качества, приемке и поставке;

программа и методика испытаний (ПМ) — технические данные, под­ лежащие проверке при испытании изделия, порядок и методы их контроля;

таблица (ТБ) — данные, сведенные в таблицу; расчет (РР) — расчеты параметров и величин, например, расчет раз­

мерных цепей, расчет на прочность, расчет теплового режима и др.; эксплуатационные документы — документы для использования при

эксплуатации, обслуживании и ремонте изделия в процессе эксплуатации; ремонтные документы — данные для проведения ремонтных работ

на специализированных предприятиях; инструкция (И) — указания и правила, используемые при изготовле­

нии изделия (сборке, регулировке, контроле и т. п.); патентный формуляр (ПФ) — документ, содержащий результаты па­

тентного поиска, осуществленного при разработке изделия. В нем содер­

20

1.2. Техническая документация

жится оценка патентоспособности, патентная чистота и технический уро­ вень разработанного изделия, материала, процесса, метода.

Единая система технологической документации

Государственные стандарты, входящие в ЕСТД, устанавливают взаи­ мосвязанные единые правила и положения по порядку разработки, оформ­ ления и обращения технологической документации, разрабатываемой и применяемой на предприятиях всех отраслей промышленности страны.

Технологические документы (ТД) — текстовые и графические доку­ менты, в отдельности или в совокупности определяющие порядок изготов­ ления изделия, проведения процессов и содержащие необходимые данные для контроля и приемки изделий.

Так же как в ЕСКД стандартам ЕСТД присваиваются обозначения на основе классификационного принципа. Номер стандарта составляется из цифры 3, присвоенной классу стандартов ЕСТД, одной цифры после точки, обозначающей подкласс (цифра 1 для изделий машино- и приборостроения), одной цифры, соответствующей классификационной группе стандартов в соответствии с табл. 1.2, числа, определяющего порядковый номер стандар­ та в данной группе, и двузначной цифры (после тире), указывающей год ре­ гистрации стандарта. Например, обозначение стандарта «ЕСТД. Правила оформления документов контроля. Журнал контроля технологического про­ цесса» имеет вид: ГОСТ 3.1505— 75, то есть ГОСТ — категория норматив­ но-технического документа (государственный стандарт), 3 — класс (стан­ дарты ЕСТД), 1 — изделие машиноили приборостроения, 5 — классифи­ кационная группа стандартов, 05 — порядковый номер стандарта в группе, 75 — год регистрации стандарта.

Виды и правила проектирования ТД определяются видом производст­ ва, на котором будут изготовляться или ремонтироваться изделия и его со­ ставные части. В машино- и приборостроении в зависимости от назначения производства можно разделить на основное, вспомогательное и опытное. Основное производство — производство товарной продукции, вспомога­ тельное — производство средств, необходимых для обеспечения функцио­ нирования основного производства. Опытное производство — производст­ во образцов, партий и серий изделий при проведении научноисследовательских работ.

По типу производства разделяются на единичное, серийное и массовое. По организации производства разделяют на поточное, групповое и

установившееся.

По уровню применяемых средств автоматизации и механизации производства разделяют на автоматизированное и механизированное.

21