Овсищер П.И., Голованов Ю.В. Несущие конструкции радиоэлектронной аппаратуры. Под ред. П.И.Овсищера (1988), страница 7

Унификация и стандартизация приобретают особенно важное значение в условиях разработки аппаратуры разнообразного тактико-технического назначения, которая производится мелкими се- риями. В этом случае проведение унификации и стандартизации как внутривидовой, так и межвидовой в сочетании с внедрением базовых конструкций позволит не только значительно сократить трудоемкость и стоимость разработок, но перейти с мелкосерий ного производства на крупносерийное. При этом существенно увеличивается количество однотипных модулей аппаратуры, облегчается освоение ее на серийном заводе, а значит, уменьшается и стоимость ее изготовления.

Наибольший эффект унификация и стандартизация может дать на этапах разработки, производства и эксплуатации только при комплексном подходе к решению вопроса, т. е. внедрении модульного принципа построения и осуществления унификации и стандартизации как схемных, так и конструкторско-технологических решений модулей аппаратуры, что позволяет максимально использовать унифицированные модули для создания различных устройств аппаратуры. Эффективным является создание базовых конструкций и применение модульного принципа компоновки аппаратуры из стандартных, функционально-законченных модулей вплоть до аппаратурного уровня.

Создание базовых конструкций в сочетании с модульным принципом компоновки аппаратуры обеспечит возможность быстрее и дешевле разрабатывать для различных заказчиков аппаратуру аналогичного назначения. Унификация конструкций позволяет: сократить сроки проектирования новых изделий благодаря использованию готовых проверенных конструкторско-технологических решений; сократить сроки и снизить затраты на подготовку производства новых изделий, применяя типовые технологические процессы производства и групповые методы обработки; снизить затраты па производство изделий (уменьшить себестоимость), увеличив серийность изделий и, как следствие, повысив уровень механизации и автоматизации производственных процессов; повысить качество изделий за счет унифицированных составных частей, качество которых обеспечивается наличием проверенных в производстве методов и средств контроля; снизить затраты на техническое обслуживание и ремонт изделий благодаря возможности замены вышедших из строя унифицированных деталей и узлов новыми без дополнителшюй подгонки и с минимальными регулировкой и подстройкой; организовать специализированные производства унифицированных деталей и сборочных единиц.

Основным направлением технического прогресса в конструировании аппаратуры является комплексная миниатюризация, под которой понимается процесс миниатюризации всех без исключения ее функциональных узлов и устройств. При этом наряду с уменьшением массы и объема обеспечивается улучшение эксплуатационных и экономических показателей аппаратуры, Комплексная миниатюризация обеспечивает возможность создания высокотехнологичных конструкций и, как следствие, повышение эффективности производства аппаратуры.

11онимая под технологичностью комплекс взаимосвязанных конструкторских и технологических факторов, обеспечивающих сокращение сроков разработки новых видов аппаратуры, сроков ее промышленного освоения и обеспечение серийного производства, можно выделить следующие основные факторы, определяющие уровень технологичности аппаратуры: унификация схемотехнических и конструкторско-технологических решений, обеспечивающих автоматизацию проектирования, изготовления и контроля узлов и блоков аппаратуры; унификация и стандартизация коммутационных и установочных деталей, электрорадиоэлементов (ЭРЭ), ИС, МСБ, печатных плат, узлов, блоков и шкафов; типизация технологических процессов изготовления и контроля деталей, ЭРЭ, МСБ, печатных плат, ячеек и блоков, обеспечивающая механизацию и автоматизацию их производства; система взаимодействия разработчиков, из'отовителей н технологических институтов на всех этапах создания аппаратуры и оценки ее технологичности.

Разработка и внедрение унифицированных конструкций является одним из главных направлений повышения технологичности аппаратуры. Применение типовых конструкций существенно повышает технологичность и обеспечивает возможность использования типовых технологических процессов и высокопроизводительного оборудования для изготовления аппаратуры. Специфической особенностью аппаратуры третьего и особенно четвертого поколения является взаимосвязь и взаимозависимость конструкций и технологии производства, возможность и необходимость создания тяповь х конструкторско-технологических решений.

Разработка типовых методов и унификация конструкторско-технологических решений осуществляется по всем конструктивным уровням в области: микросборок; печатных плат; ячеек, блоков и БНК аппаратуры различного назначения. Анализ современного состояния РЭА различного назначения, а также перспектив ее развития показывает, что с конструктивной точки зрения особенно важными являются следующие направления: традиционное — конструирование и компоновка МЭА с использованием корпусированных ИС и МСБ на печатных платах; развивающееся — компоновка РЭА с использованием БИС и бескорпусных МСБ; перспективное — конструирование МЭА с использованием БИС и СБИС, в том числе матричных, в крнсталлодержателях или на лентах-носителях на крупноформатных подложках — основаниях. К4.

ПРИИЦИПЫ КОМПОНОВКИ РЭА ПА МИКРОСХИМАХ И МИКРОСБОРКАХ Б процессе создания МЭА решение вопросов, связанных с выбором принципов компоновки является основной задачей разработки конструкции. Под компоновкой обычно понимают взаимную ориентацию изделий относительно друг друга в ограниченном пространстве. Установление основных геометрических форм и рас- Рис ! 5 Геометрическая модульность конструкний 27 стояний между ними отражает компоновочная схема.

Компоновочная схема может быть выполнена в виде сборочного чертежа либо (упрощенно) в виде эскизного рисунка. Для РЭА компоновочная схема отражает характерные особенности той илн иной конструкции илн ее варианта. При разработке РЭА часто говорят о модульном методе конструирования (илн компоновки), понимая под этим совершенно разное, поэтому и бытуют такие термины, как «модульный», «функционально-модульный», «модульно-ячеечный», только путающие читателя.

На наш взгляд, в широком смысле слова термин «модульный метод» надо понимать как совокупность принципов проектирования и конструирования, в основе которых заложено одно общее требование: так расчленить электрическую схему устройств на функциональные устройства (ФУ), функциональные ячейки (ФЯ) н блоки, чтобы они были как функционально, так н конструктивно закопченными и чтобы при этом их конструктивные размеры либо повторяли друг друга, либо были кратны одним базовым размерам, т. е. были унифицированными. В размерном отношении модульная компоновка получается путем членения объема взаимно параллельными и перпендикулярными плоскостями.

Расстояние между смежными плоскостями в каждом нз трех измерений для устройства в целом н для отдельных его частей принимается равным илн кратным размеру основного модуля 1И, как показано на рис. 1.5. Модульная компоновка позволяет «сворачивать» н «вытягивать», «разрезать» н «разносить» в пространстве электрические схемы отдельных модулей в самых разнообразных вариантах н пропорциях. Общий признак модульной компоновки — прямоугольность объема и его частей упрощает стандартизацию модулей, позволяет установить закономерные соотношения н типовые сопряжения между целыми н отдельными его частями.

Таким образом, модульный метод компоновки можно считать одним нз общих принципов конструирования РЭА. К частным принципам компоновки следует отнести принципы пространственной (объемной) н поверхностной (планарной) компоновки устройств и их частей. Первый был реализован в так называемом блочном методе компоновки устройств, характерном для РЭА первого поколения. Ос.

1 ионные его черты, достоинства н '! недостатки достаточно известны. Главное, что при этом полностью отсутствовала возможность авто- — лт матизацнн конструирования унификации изделий. Второй принцип, заключающийся н функ- ..."«в~ нионально-узловом методе ком- тит'' я"~ оду поповки, характерен для конструкций РЭА . оного гостью-о поколений. Основная его особенность состоит в том, что практически все элементы конструкций оказалось возможным размещать на одной плоскости при соизмерных высотах комплектукяцнх изделий. Прн этом стало легче обеспечивать требования унификации и стандартизации модулей и автоматизировать процессы проектирования, конструирования и изготовления устройств.

Однако в аппаратуре второго поколения большое число элементов самой разнообразной формы препятствовало автоматизации компоновочных работ. Криволинейная форма большинства элементов плохо согласовывалась с прямоугольной формой поверхности монтажной плоскости модуля. Разнообразие форм элементов не позволяло эффективно использовать поверхность монтажной плоскости модуля.

Существенным недостатком компоновки модулей аппаратуры второго поколения являлось отсутствие регламентации ориентирования элементов на поверхности монтажной плоскости модуля. Введению такой регламентации препятствовало разнообразие форм элементов модуля. С появлением аппаратуры третьего поколения при разработке корпусов ИС в основном отказались от непользования элементов цилиндрической формы, приняв за основу прямоугольную; проекции всех элементов модуля стали прямоугольными, что способствовало улучшению компоновки ячеек.

Существенным шагом в этом направлении явилось введение координатной сетки, привязанной к сторонам печатной платы. формулировка требования установки одного из выводов элементов в точке пересечения координатной сетки стала первым шагом на пути автоматизации компоновки МЭЛ. Спецификой компоновки ячеек с применением ИС явилось разделение печатной платы модуля на соответствующие конструктивные зоны (рис. 1.6). При этом компоновка элементов ячейки (за исключением разъема) регламентировалась только монтажной зоной. Технологическая зона, состоящая из четырех краевых полей вокруг монтажной зоны, предназначалась для крепления печатной платы в технологической оснастке при сборке, монтаже и контроле ячейки, а также для крепления несущей конструкции (рамки), если она предусматривалась, установки разъема с выводами (и при необходимости — планки с контрольными гнездами).

Если для модулей аппаратуры второго поколения характерно достаточно произвольное расположение элементов, то специфика ячеек с применением ИС вЂ” выделение участка монтажной зоны, на которой концентрировались преимущественно микросхемы. При этом привязка выводов корпусов ИС к точкам пересечения координатной сетки печатной платы привела к упорядочению расположения ИС в виде горизонтальных рядов и вертикальных столбцов. Это позволило в некоторых случаях характеризовать печатную плату максимальным числом рядов и столбцов микросхем определенной серии, скомпонованными на этой печатной плате.