Ответы на экзамен Проектирование Электронных средств.

 
1) Общие положения по конструированию ЭС. Виды стандартов их значение.
Основные положения по вопросам конструирования зафиксированы к комплексе ГОСТов главными задачами которых является создание прогрессивной системы НТД её внедрение и правильное применение при разработке, производстве и эксплуатации изделий ЭС.
В зависимости от объекта стандартизации стандарты подразделяются на следующие виды:
1)Организационно-методические стандарты. Устанавливают общие требования обеспечивающие организационно техническое единство объектом стандартизации, а так же единство и взаимосвязь процессов управления в различных областях деятельности.
2)Общетехнические стандарты. На основе организационно-методических стандартов устанавливают общие методы проектирования подготовки производства, испытаний, хранения, транспортировки, эксплуатации и ремонта.
3) Стандарты на продукцию. Устанавливают различные требования к разработке тех или иных изделий и к их производству, унификацию и унификацию, подготовку производства и другие требования.
Весь комплекс стандартов подразделяется на системы стандартов. Некоторые стандарты особенно важные для разработки и производства рассмотрим:
a)СРПП Система Разработки и Постановки Продукции на производство.
b)ЕСКД – Единая Система Конструкторских Документов
ЕСТД – Единая Система Технологических Документов
c)ЕСТПБ – Единая Система Технологической Подготовки Производств
ЕСПД – Единая Система Программных Документов
d)ЕС3КС – Единая Система Защиты от Коррозии и Старения
e)ЕСТБ – Единая Система Технической Безопасности.
СРПП – представляет собой систему правил, определяющих порядок проведения работ по созданию, производству и применению изделий. Основой системы является ГОСТ 15.001-93... 15.311-90. ГОСТы устанавливают порядок разработки согласования и утверждения ТЗ, проведение экспертизы КД, испытаний опытных образцов.
В настоящее время СРПП действует порядок 14 стандартов. Основные положения по вопросам разработки (порядок разработки) зафиксированы в комплекте государственных стандартов, главными задачами которых является создание прогрессивных систем НТД (Нормативных Технических Документов), её внедрение и применение при разработке изготовлении и эксплуатации изделия.
В зависимости от объектов стандартизации основная система, регламентирующая порядок проведения НИОКР (Научно Исследовательские Опытно Конструкторские Работы) и патентные исследования, которые устанавливает – ЕСКД.
ЕСКД – это система государственных стандартов, устанавливающая взаимосвязанные правила и положения по порядку разработки, оформленные и обращения конструкторской документации.
ЕСТД – Единая Система Технологических Документов. ГОСТ 3.1001-98…3.1901. распространяется на оформление и разработку основныхтехнологических документов, использующие прогрессивные технологические методы изготовления, изготавливаемых с помощью АСУ.
ЕСТПБ – ГОСТ 14.2001 – 89 … 14.206 – 97. предусматривает широкое применение прогрессивных типов технологических процессов, стандартной технологической оснастки оборудования средств автоматизации и механизации.
ЕСПД – ГОСТ 19.001 – 93 … 19.701 – 99. устанавливают правила разработки оформления, обращения программ и программных документов с целью их унификации, снижение трудоемкости и повышения эффективности.
ЕСТБ (ССБТ – Система Стандартов Безопасности Труда), направлена на снижение производственного травматизма, обеспечения безопасного труда, выполнения требований ПДК.
ЕСЗКС – устанавливает норма покрытия защитными материалами.
Долголетний опыт разработки производства и эксплуатации электронных средств, привел к необходимости рассматривать в непрерывной связи вопросы конструирования и надежности электронных средств. Естественно такие электронные средства, которые участвуют в управлении технологическом процессе сложным оборудованием, должны иметь повышенную надежность, в противном случае такие управление не имеет смысла.
Бесспорно, утверждать, что никакие рекордные показатели ЭВС, показатели электронных средств по быстродействии, объему палитры, микроминиатюризации не могут компенсировать низкие показатели надежности.
Надежные характеристики изделий закладывается на стадиях разработки технических требований на разрабатываемое изделие, и реализуются на всех последующих стадиях разработки, изготовления и эксплуатации.

2) Основные требования к конструкции ЭС.
Вновь разрабатываемая ЭВМ должна отвечать тактико-техническим, конструктивно-технологическим, эксплуатационным, надежностным и экономическимтребованиям.
Все эти требования взаимосвязаны, и оптимальное их удовлетворение представляет собой сложную инженерную задачу.
Тактико-технические требования.
Эти требования обычно содержатся в техническом задании на машину и включают в себя такие характеристики, как быстродействие, объем оперативной, постоянной и внешней памяти, адресность команд, разрядность машинного числа, точность выполнения операций и т. д.
В основном данные требования удовлетворяются на ранних этапах разработки ЭВМ, когда определяются состав машины, ее структура, математическое обеспечение, основные требования к отдельным устройствам.
Конструктивно-технологические требования.
К этим требованиям относят: обеспечение функционально-узлового принципа построения конструкции ЭВМ, технологичность, минимальную номенклатуру комплектующих изделий, минимальные габариты и массу, предусмотрение мер защиты от воздействия климатических и механических факторов, ремонтоспособность.
К эксплуатационным требо­ваниям относят: простоту управления и обслуживания, пре­дусмотрение различных мер сигнализации опасных режимов работы (выход из строя, открывание дверей шкафов, обрыв заземления и т. д.), наличие в комплекте машины аппаратуры, обеспечивающей профилактический контроль и наладку кон­структивных элементов (стенды, имитаторы сигналов и т. д.). Требования по надежности.
Данные требования включают в себя обеспечение:
1) вероятности безотказной работы,
2) наработки на отказ,
3) среднего времени восстановления работоспособности,
4) долговечности,
5) сохраняемости.
Экономические требования.
К экономическим требованиям относят:
1) минимально возможные затраты времени, труда и материальных средств на разработку, изготовление и эксплуатацию ЭВМ;
2) минимальную стоимость машины после освоения ее в производстве. Конструкции, отвечающие отмеченным требованиям должны обладать минимальными: массой (m), объемом (V), потребляемой мощности (P), повышенной надежности (λ), стоимостью (c), сроком разработки (t). Следует отметить, что сложность конструкции изделия можно характеризовать комплексным показателем качества продукции.
 
Комплексный показатель качества связан с совокупностью параметров и представляет собой сумму нормированных частных материальных показателей, со своими коэффициентами значимости этого параметра и его можно определить по следующему выражению: , где - это коэффициента значимости, зависящие от назначения и условия эксплуатации изделия. Как правило, определяются методом экспертизы или экспертных оценок. Указанные коэффициенты выбираются от 0 до 1, каждый. (масса (m), объем (V), потребляемой мощность (P), повышенная надежность (λ), стоимостью (c), сроком разработки (t))- материальные параметры изделий, нормированные относительно заданных по техническому заданию.Как видно из приведенного выражения, чем меньше каждый из материальных параметров, тем выше качество конструкции.

3) Показателя конструкции ЭС, их выбор при проектировании.
Конструкция изделий электронных средств характеризуется показателями, отражающими её потребительские свойства, по которым проведено сравнительная оценка с другими аналогичными изделиями. К таким показателям относят:
1) технологическая сложность ЭС, которую можно определить по выражению , где - количество элементов ( Электро Радио Элементов) и ИС (Интегральных Схем) входящих в изделие, ЭС (Электронных Средств); - число монтажных соединений, - весовые коэффициенты характеризующие сложность изделия.
Пример.
- коэффициент, характеризующий сложность применяемых ИС и ЭРЭ (аналоговые и дискретные)
- коэффициент, характеризующий сложность монтажа (печатный и навесной)
Очевидно, что от количества ИС и ЭРЭ в изделии их электрических соединений между собой, определяют надежность функционирования изделия, его габаритные размеры и т.д.
2) число ЭРЭ и ИС можно определить по следующему выражению
, где M,N– число устройств и элементов входящих в изделие.
3) общую массу изделия ЭС можно определить по следующему выражению
, где - масса ЭРЭ и ИС входящих в изделие, - масса общего объема,- масса монтажных соединений, - масса несущих конструкций, - масса устройств теплоотводов.
4) потребляемая мощность , где - потребляемая мощность i-ого элемента.
5) объем , где - объем всех ЭРЭ и ИС,- объем Монтажных Соединений, - объем Несущих конструкций, - объем устройств теплоотводов.
6) степень использования физического объема . Характеризует степень использования физического объема изделия элементами, т.е. элементами выполняющими непосредственно функционирование электрической принципиальной схемы. Часть её называют коэффициентом использования физического объема изделия и он (q), меньше единицы или равно 1. (В случае применения однокристальной микро ЭВМ)
7) общая площадь, занимаемая изделием ЭС ;, - количества устройств изделия.
8) собственная часть колебаний конструкции изделия , где - коэффициент жесткости конструкции.
Эффективность защиты конструкции ЭС от ; , вибрации и удары оцениваются для амортизационной аппаратуры, коэффициент виброизоляции определяется по указанным выражениям.
Для не амортизационной аппаратуры коэффициент динамичности для низких и высоких частот внешних воздействий определяется: ; ; где - скорость, - соотношение вынужденнойf и собственной частот конструкции, - максимально возможная перегрузка изделия при ударе, - предельное допустимая перегрузка при ударе - по техническому заданию, А – максимально допустимое перемещение изделия (в мм), g– ускорение.
Для амортизированной аппаратуры необходимо как можно больше уменьшить свободную частоту f0, а для не амортизированной наоборот увеличить, приближая её к верхней границе возмущающих воздействий.
9) надежность вероятность безотказной работы ЭС. Перечисленные показатели конструкций ЭС определяются в основном элементной базой и качеством разработки конструкции изделия.

4) ЕСКД. Достоинства и недостатки стандартизации.
Единая система конструкторской документации (ЕСКД)
В настоящее время в России действует Единая система конструкторской документации (ЕСКД) — система Государственных стандартов, которые устанавливают правила и положения по порядку разработки, оформления и обращения технической документации, разрабатываемой и применяемой предприятиями и организациями России.
Применение ЕСКД при разработке ЭВА обеспечивает:
а) возможность взаимообмена техническими документами между различными предприятиями внутри страны и между государствами без их переоформления;
б) сокращение типов и упрощение форм технических документов и графических изображений, снижающих трудоемкость проектирования;
в) механизацию и автоматизацию обработки технических документов и содержащейся в них информации.

Требования стандартов ЕСКД распространяются на все виды конструкторской документации и научно-техническую литературу.
Несоблюдение стандартов ЕСКД запрещается законом.

ЕСКД — своего рода язык конструктора, и его должен знать и умело применять разработчик любого вида изделий.
Общие термины в ЕСКД
Изделие — любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Различаютизделия основного производства,предназначенные для поставки (реализации), и изделия вспомогательного производства, предназначенные для собственного потребления предприятием-изготовителем.
Деталь — изделие, не имеющее составных частей и изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. К деталям относят также изделия, изготовляемые с применением местной сварки, пайки, склеивания и т. д.
Пример деталей: печатная плата, ферритовый сердечник, лепесток разъема, держатель транзистора и т. д.
Сборочная единица—изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склейкой, сшивкой и т. п.).
Пример сборочных единиц: ячейка, микросхема, разъем и т. д.
К сборочным единицам также относят:
а) изделия, конструкция которых выполнена в виде, позволяющем разбирать их на составные части для удобства упаковки, транспортирования и т. д.;
б) совокупность изделий, имеющих общее функциональное назначение и совместно монтируемых в другой сборочной единице;
в) совокупность изделий, имеющих общее функциональное назначение, совместно уложенных в тот или иной вид упаковки и предназначенных для использования совместно с другими упакованными изделиями.
Комплекс— изделие, составленное из двух (или более) сборочных единиц, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.
Комплект— два (или более) изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера.

К комплектам относят также деталь или сборочную единицу, поставляемую вместе с набором других деталей или сборочных единиц, предназначенных для выполнения вспомогательных функций при эксплуатации этой детали или сборочной единицы (например, осциллограф в комплекте с укладочной тарой, запасными частями, монтажным инструментом, сменными частями).
Неспецифицированные изделия — детали, не имеющие составных частей.
Специфицированные изделия — сборочные единицы, комплексы, комплекты, имеющие в своем составе две (или более) составные части.
Покупные изделия —изделия, не изготовляемые на данном предприятии, а получаемые им в готовом виде.

 

5) Классификация изделий ЭС и ее состав
Изделие — любой предмет или набор предметов производства, подлежащих изготовлению на предприятии. Различают изделия основного производства,предназначенные для поставки (реализации), и изделия вспомогательного производства, предназначенные для собственного потребления предприятием-изготовителем.
Деталь — изделие, не имеющее составных частей и изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций. К деталям относят также изделия, изготовляемые с применением местной сварки, пайки, склеивания и т. д. Пример деталей: печатная плата, ферритовый сердечник, лепесток разъема, держатель транзистора и т. д.
Сборочная единица—изделие, составные части которого подлежат соединению между собой на предприятии-изготовителе сборочными операциями (свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склейкой, сшивкой и т. п.).
Пример сборочных единиц: ячейка, микросхема, разъем и т. д.
К сборочным единицам также относят:
а) изделия, конструкция которых выполнена в виде, позволяющем разбирать их на составные части для удобства упаковки, транспортирования и т. д.;
б) совокупность изделий, имеющих общее функциональное назначение и совместно монтируемых в другой сборочной единице;
в) совокупность изделий, имеющих общее функциональное назначение, совместно уложенных в тот или иной вид упаковки и предназначенных для использования совместно с другими упакованными изделиями.
Комплекс— изделие, составленное из двух (или более) сборочных единиц, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.
Комплект— два (или более) изделия, не соединенных на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера.

К комплектам относят также деталь или сборочную единицу, поставляемую вместе с набором других деталей или сборочных единиц, предназначенных для выполнения вспомогательных функций при эксплуатации этой детали или сборочной единицы (например, осциллограф в комплекте с укладочной тарой, запасными частями, монтажным инструментом, сменными частями).
Неспецифицированные изделия — детали, не имеющие составных частей.
Специфицированные изделия — сборочные единицы, комплексы, комплекты, имеющие в своем составе две (или более) составные части.

Покупные изделия — изделия, не изготовляемые на данном предприятии, а получаемые им в готовом виде.


6) Стадии и этапы разработки документации изделий ЭС.
1) техническое задание устанавливает основное назначение, тактико-технические характеристики, показатели качества и технико-экономические требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию;
2) техническое предложение — совокупность конструкторских документов, содержащих техническое и технико-экономическое обоснованиецелесообразности разработки изделия (на основании анализа технического задания заказчика и различных вариантов возможной реализации изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентных материалов);
3) эскизный проект— совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление об устройстве и принципе действия изделия, а также данные, определяющие назначение и основные параметры разрабатываемого изделия;

4) технический проект – разрабатывается в том случае, если это предусмотрено ТЗ или протоколом рассмотрения эскизного проекта. Требования к выполнению технического проекта устанавливает ГОСТ 3.1 20 – 73. в техническом проекте должны быть решены вопросы, обеспечивающие технический уровень нового изделия, как в процессе его изготовления и испытания, так и в процессе эксплуатации. Проводится детальны проработка схемных и конструктивных решений, включая основные блоки необходимые для разработки рабочего проекта.
5)рабочий проект. На стадии проектирования решаются вопросы конструкторских и технологических разработок всех деталей. Различают 3 стадии рабочего проекта: стадия опытного образца, стадия установившейся серии, стадию установившегося производства. На стадии опытного образца разрабатывается КД для изготовления опытного образца. Изготавливают опытный образец, проводят заводские испытания. По результатам изготовления и испытания корректирую конструкторскую документацию (КД) и присваивают документации литеру «О». По откорректированной документации дорабатывают опытный образец в полом соответствии с литерой «О», после чего проводится приемочное испытание. После проведения приемочных испытаний корректируют по замечанием КД и присваивают литеру «О1». На основании конструкторской документации с литерой «О1» осуществляют подготовку серийного производства на заводе изготовителе. На стадии установочной серии на заводе изготавливают установочную серию изделия и подвергают её испытанию. По результатам испытания корректируют КД с присвоением литера «А» и передают подлинники КД на завод изготовитель. Стадия установившегося производства, на выпущенных образцах проводится авторский надзор КД, технологии изготовления и организации производства, проводят испытания, корректируют КД и присваивают литеру «Б», что дает право на серийное и массовое производство «И».

7) Задачи конструирования ЭС, их порядок выполнения
1)Ознаомление(изучение) с исходными данными ТЗ на разработку устройства.
2)Выбор направления конструирования по комплексному показателю качества.
3)Разбить на КФУ
4)Выбор элементной базы
5)Анализ конструктивных аналогов и выбор прототипа и выбор метода конструирования
6)Проведение конструкторских и электрических расчётов

8) Конструкторская документация ее виды, состав и способы выполнения по ЕСКД.
Виды конструкторских документов
Государственные стандар­ты устанавливают виды и комплектность конструкторских доку­ментов на изделия всех отраслей промышленности.
Конструкторские документы (КД) — документы, в отдельности или в совокупности определяющие состав и устройство изделия и содержащие необходимые данные для его разработки и изготов­ления, контроля, приемки, эксплуатации и ремонта.
По форме представления КД разделяют на графиче­ские и текстовые.

Графические конструкторские документы

Графические конструкторские документы — документы, в ко­торых с помощью установленных стандартом символов и правил поясняются устройство, принцип действия, состав и связи между отдельными частями изделия. К ним относят:
чертеж детали — изображение детали и данные, необходимые для ее изготовления и контроля;
сборочный чертеж — изображение изделия и данные, необхо­димые для его сборки (изготовления) и контроля;
чертеж общего вида — изображение конструкции изделия, дающее представление о взаимодействии его основных частей и принципе работы;
теоретический чертеж — геометрическая форма изделия и координаты его основных частей;
габаритный чертеж — контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами;
монтажный чертеж — контурное (упрощенное) изображение изделия, содержащее данные для его установки (мон­тажа);
схему — условные изображения или обозначения составных частей изделия и связей между ними;
спецификацию — состав сборочной единицы, комплекса или комплекта.
 

Текстовые конструкторские документы

Текстовые конструкторские документы — документы, содержа­щие описание устройства, принципа действия и эксплуатацион­ных показателей изделия. К ним относят:
ведомость спецификаций — перечень всех спецификаций со­ставных частей изделия с указанием их количества и входимости;
ведомость ссылочных документов — перечень ссылочных документов, на которые имеются ссылки в конструкторских документах изделия;
ведомость покупных изделий — перечень покупных изделий, примененных в составе разрабатываемого изделия;
ведомость согласования применения изделий — подтвержде­ние согласования с соответствующими организациями приме­нения определенных покупных изделий в разрабатываемом изделии;
ведомость держателей подлинников — перечень предприятий, на которых хранятся подлинники документов, разработанных для данного изделия;
ведомость технического предложения (эскизного, техниче­ского проекта) — перечень документов, вошедших в техническое предложение (эскизный, технический проект);
пояснительную записку — описание устройства и принципа действия разработанного изделия, а также обоснование принятых при его разработке технико-экономических решений;
технические условия — потребительские- (эксплуатационные) показатели изделия и методы контроля его качества;
программу и методику испытаний — технические данные, под­лежащие проверке при испытании изделия, а также порядок и методы их контроля;
расчет — расчеты параметров и величин, например расчет размерных цепей электрических режимов и т. д.
А так же комплект эксплутационной документации (устанавливается в зависимости от вида, сложности и условий эксплуатации изделий). В него входят:
- техническое описание
- инструкции по техническому обслуживанию
- инструкции по монтажу и пуску эксплуатацию
- формуляр
- паспорт

Классификация КД по способу выполнения и характеру использо­вания

По способу выполнения и характеру использо­вания КДделят на:
оригиналы —документы, выполненные на любом материале и предназначенные для изготовления по ним подлинников;
подлинники —документы, оформленные подлинными подпи­сями и выполненные на любом материале, позволяющем много­кратное воспроизведение с них копий;
дубликаты —документы, идентичные подлиннику и выполнен­ные на любом материале, позволяющем снятие с них копии;
копии — документы, выполненные способом, обеспечивающим их идентичность с подлинником (дубликатом), и предназначен­ные для непосредственного использования при разработке, из­готовлении, ремонте и эксплуатации изделий.

Проектные КД – КД, выполненные на этапах технического предложения, эскизного и технического проектов.
Рабочие КД – КД, выполненные на этапе выпуска рабочей документации.

9) Выбор форматов при разработке текстовой и графической конструкторской документации.
Требования к выполнению конструкторских графических документов
Стандарты ЕСКД устанавливают основные требования к выполнению конструкторских графических доку­ментов: выбору формата чертежей и масштабов изображения, правилам простановки размеров и введения обозначений, выпол­нения чертежей различных видов изделий и построения спе­цификаций.
Основны­ми форматамиприняты 11 – А4 (размеры сторон 297 Х 210), 12 – А3 (297 X 420), 22 – А2 (594 X 420), 24 – А1 (594Х841) и 44 – А0 (1189Х841).
В графических КД опре­делены:
масштабы уменьшения (1:2, 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10;
1:15; 1:20; 1:25; 1:40; 1:50;
1:75; 1:100; 1:200; 1:400;
1:500; 1:800; 1:1000);
масштабы увеличения (2:1; 2,5:1; 4:1; 5:1; 10:1; 20:1; 40:1; 50:1; 100:1).
Основные правила нанесения размеров и предельных отклоне­ний на чертежах следующие:
а) общее число размеров на чертеже должно быть минималь­ным, но достаточным для изготовления и контроля изделия;
б) размеры, не обеспечиваемые при изготовлении изделия по данному чертежу и указанные для удобства пользования, называют справочными и отмечают знаком «*» с помещением записи «Размеры для справок»;
в) линейные размеры и их допустимые отклонения указы­вают на чертежах в миллиметрах без обозначения единицы измерения;
г)при обозначении размеров простые дроби не применяют, за исключением размеров в дюймах;
д) повторение размеров одного и того же элемента изделия на разных видах не допускается;
е) нанесение размеров в виде замкнутой цепи не допус­кается;
ж)при указании радиуса перед размерным числом поме­щают прописную букву R, при указании размера диаметра – знаки Æ;
з)предельные отклонения размеров указывают непосредст­венно после номинальных значений.
Стандарты устанавливают правила нанесения размеров для всех встречающихся на практике случаев, и при выполнении чертежей изделий следует пользоваться его правилами и по­ложениями.
Требования к выполнению текстовых конструктор­ских документов
Государственные стандарты ЕСКД устанав­ливают основные требования к выполнению конструкторских текстовых документов (ТД).
Текстовые до­кументы выполняют на установленных соответствующими стан­дартами формах машинописным, рукописным или типограф­ским способом.
Вписывать отдельные слова, формулы, услов­ные знаки, вносить схемы и рисунки необходимо черным цветом.
Для размещения утверждающих и согласовывающих подписей к ТД рекомендуется составлять один или несколько титульных листов.
Содержание ТД разбивают на разделы и подразделы, а при большом объеме — на части. Разделы должны иметь порядковые номера, обозначенные арабскими цифрами в пределах всего документа. Подразделы в пределах каждого раздела должны иметь составные номера, первая часть которых означает номер раздела, а вторая, отделенная от первой точ­кой — номер подраздела. В пределах подраздела допускается разбивать текст на пункты и подпункты. Номер пункта должен состоять из номера раздела, подраздела и пункта, разделен­ных точками.
В документах большого объема содержание рекомендуется располагать в начале, а список литературы и документации, использованной при составлении документа, — в конце. Если в документе была принята специфическая терминология, то в нем необходим перечень принятых терминов с пояснениями. Сокращения слов в тексте и под иллюстрациями не допус­кается.

10) Правила выполнения электрических схем. Виды и типы схем.
Типы схем:
1) структурная
2) функциональная
3) принципиальная
4) соединения (монтажная)
5)подключения
6)общая
 
Виды схем:
1) электрические
2) гидравлическая
3) пневматическая
4) кинематические
5) оптические
6) комбинированные
На схеме электри­ческой структурной (Э1) показывают все функциональные части ЭВМ и основные взаимосвязи между ними.
Функциональные части можно изображать условно графически, как указано в ГОСТе, или в виде прямоугольников. В последнем случае внутри прямоугольника приводят наименование данной функ­циональной части. Линии взаимосвязей рекомендуется обозна­чать стрелками, показывающими направления хода процесса, движения информации и т. п. При большом числе функцио­нальных частей рекомендуется взамен обозначений, наимено­ваний и типов вводить порядковые номера, проставляя их слева направо и сверху вниз. В этом случае расшифровку номеров производят в таблице, помещаемой над основной надписью.
На схеме электрической функциональной (Э2) показывают функциональные части машины, участвующие в процессе, иллюстрируемом схемой, и связи между этими частями.
Функ­циональные части изображают, как правило, в виде условных графических обозначений, однако допускаетсяприменение прямоугольников.
На схеме Э2должны быть указаны:
для каж­дой функциональной группы — наименование;
для каждого устройства, изображенного прямоугольником, — наименование, обозначение или тип;
для каждого устройства, изображенного в виде условного графического обозначения, — обозначение или тип;
для каждого элемента— позиционное обозначение, при­своенное ему на принципиальной схеме, или тип. Наимено­вания, обозначения или типы рекомендуется вписывать в прямоугольники. Допускается на схеме помещать поясняющие надписи, диаграммы или таблицы, определяющие последова­тельность прохождения процессов во времени, а также указывать параметры в характерных точках (форма и величина импуль­сов, реализуемая логическая функция и т. д.).
На схеме электрической принципиальной (ЭЗ) указывают все элементы, необходимые для построения ЭВМ (или ее отдель­ного узла), связи между элементами и элементы, которыми заканчиваются входные и выходные цепи.
Элементы в схеме изображают в виде условных графиче­ских обозначений. Расстояние между двумя соседними линия­ми условных графических обозначений должно быть не ме­нее 0,8 мм.
Условные графические обозначения на схеме ЭЗ распола­гают так, чтобы изображения связей между ними были крат­чайшими линиями с минимальным числом пересечений. Линии связей должны быть показаны полностью, однако при необ­ходимости их допускается обрывать, заканчивая места об­рыва стрелками с обозначением места включения. Каждый элемент, входящий в схему, должен иметь буквен-но-цифровое позиционное обозначение, составленное из бук­венного индекса и порядкового номера. Порядковые номера элементам присваивают начиная с единицы сверху вниз в направлении слева направо, в пределах группы элементов, которым на схеме дан одинаковый буквенный индекс.

11) Классификация интегральных схем по признакам, их системы обозначений.
По функциональному назначению ИС делят на логические (цифровые), линейно-импульсные и линейные(ана­логовые).
Логические ИС используют в цифровых устройствах. К логи­ческим ИС принадлежат микропроцессорные схемы, схемы памяти и другие интегральные схемы, выполняющие логиче­ские функции.
Линейно-импульсныеилинейные ИС применяются в аналоговых вычислительных машинах и в устройствах пре­образования информации. К этим ИС относятся различные преобразователи, операционные усилители, компараторы, ЦАП, АЦП и дру­гие схемы.
По технологии изготовления ИС разделяются на:
А) п/п –элементы формируются на поверхности подложки п/п материала
Б) гибридные – выполняются виде пленки наносимой на поверхность диэлектрического материала (подложки)
По конструктивному признаку:
А) корпусные с выводами
Б) корпусные без выводов
В) бескорпусные
Условные обозначения серии ИС состоит из двух элементов:
1 – ая цифра, указывает на конструкторско-технологическую разновидность:
А) 1;5;6;7 – указывают, что это полупроводниковая технология.
Б) 2;4;8 – гибридные ИС.
В) 3 – прочие (пленочные, керамические и т.д.)
2 – ой элемент состоит из 2-ых цифр (старое обозначение) или 3-хзначное число, указывает на регистрационный порядковый номер серии.
КР544УД2А - микросхема общепромышленного применения (К); корпус пластмассовый с параллельным двухрядным расположением выводов (Р), полупроводниковая (5), порядковый номер разработки данной серии - 44; функциональное назначение - операционный усилитель (УД), конкретная разработка данной серии - 2, с параметрами определяемыми буквой А.

12)Типы корпусов интегральных схем, их обозначение в конструкторской документации.
Корпуса ИС выполняют ряд функций:
-защита от климатических и механических воздействий:
- экранирование от помех
- технологические цели (сборка, монтаж и т.п.)
По конструктивно-технологическому признаку различают корпуса:
-металло-стеклянные (стеклянная или металлическая основа)
-металло-полимерные (металлический корпус заливается компаундом))
-металло-керамические (керамическое основание соединено с мет. крышкой)
-керамические (основание и крышка соединены пайкой)
-пластмассовые (основание пластмассовое соединено сваркой с крышкой)
Корпуса ИС х-ся габаритными и присоединительными размерами, числом выводов, и расположением их относительно основания корпуса. Выводы ИС могут лежать в плоскости основания корпуса (планарные выводы) или быть перпендикулярными ему (штыревые выводы). Планарные выводы по сечению прямоугольные, штыревые – круглые или прямоугольные.
В настоящее время применяют 5 типов корпусов ИС:
Применение ИС с различными корпусами в пределах одного устройства не целесообразно из-за конструктивных, функциональных и технологических соображений. Основные типы корпусов ИС представлены в таблице в соответствии с УГО корпусов ИС и в соответствии с ГОСТ 17.467-95, которые делятся на 5 типов:
1 тип: прямоугольное основание (тропа,посол,вега), расположение выводов относительно основания – в пределах основания перпендикулярны ему.
2 тип: прямоугольное основание DIP, расположение выводов относительно основания – за пределами основания перпендикулярны ему.
3 тип: круглая форма основания (ОУ), расположение выводов относительно основания – в пределах основания перпендикулярны ему по окружности.
4 тип: прямоугольное основание, расположение выводов относительно основания – || основанию
5 тип: прямоугольные основание, в пределах корпуса безвыводная
По типоразмерам ИС обозначаются след.образом.:
-1,2,3,4,5 – тип корпуса;
-двузначное число от 01 до 99, обозначающее номер типоразмер;
-третий элемент указывает кол-во выводов;
-четвертый элемент указывает номер модификации:
Пример:
К155-201-14-2, К155-2101-14-2
К- ширпотреб для народного хоз-ва, 155 – серия ИС, 2 – тип корпуса, 1 – подтип, 01-номер в подтипе, 14- кол-во выводов, 2 – модификация.
Для корпусов ИС установлены шаги выводов: 1 и 2 тип – 2,5мм, тип 3 – под углом 30 и 45° 2,5мм, тип 4 - шаг 1,25 или 0,625мм, тип 5 – шаг 1,25























13) Классификация интегральных схем по функциональному назначению. Охарактеризуйте основные логические и линейные схемы, применяемые в изделиях ЭС.
На низшем, нулевом, уровне конструктивной иерархии ЭВМ любого типа и назначения находятся интегральные микросхемы (ИС), вы­полняющие логические, вспомогательные, специальные функ­ции, а также функцию запоминания.

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество интегральных микросхем, которые можно классифицировать по ряду при­знаков.
По функциональному назначению ИС делят на логические (цифровые), линейно-импульсные и линейные(ана­логовые).
Логические ИС используют в цифровых устройствах. К логи­ческим ИС принадлежат микропроцессорные схемы, схемы памяти и другие интегральные схемы, выполняющие логиче­ские функции.
Линейно-импульсныеилинейные ИС применяются в аналоговых вычислительных машинах и в устройствах пре­образования информации. К этим ИС относятся различные преобразователи, операционные усилители, компараторы, ЦАП, АЦП и дру­гие схемы.
Интегральные логические микросхемы представляют собой самое массовое изделие современной микроэлектронной промышленности.
Среди всех типов интегральных микросхем логическиесхемы характеризуются наибольшей надежностью, максимальной сте­пенью интеграции элементов и наименьшей стоимостью.
Интегральные логические микросхемы в зависимости от способа передачи входного тока или напряжения, порядка применения логики и принципа использования активных и пассивных элементов разделяют на
схемы транзисторные с непосредствен­ной связью (НСТЛ),
резисторной связью (РТЛ),
резистивно-емкостной связью (РЕТЛ);
диодно-транзисторной логики (ДТЛ);
транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) (ТТЛШ);
эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ);
интегральной инжекционной логики (И²Л);
униполярные МДП с n-проводимостью (n-МДП);
униполярные МДП с p-проводимостью (р-МДП);
униполярные с комплементарными МДП-транзисторами (КМДП);
кремний на сапфире (КНС).

14) Технические параметры интегральных схем используемых в изделиях ЭС.
Интегральные логические микросхемы представляют собой самое массовое изделие. Особое место в конструкциях изделий ЭС занимают интегральные схемы. Как правило в изделиях ЭВС применяется в основном цифровые схемы ИС до 80-85%. Рассмотрим кратко их технические характеристики:
Цифровые ИС в зависимости от способа передачи входного тока или напряжения, порядка применения логики их разделяют на схемы:
1) С транзисторной связью и непосредственной НСНЛ
2) резисторной РТЛ
3) резистивно-емкостная связь РЕТЛ
4) диодно-транзисторная связь ДТЛ
5) транзисторно-транзисторная логика ТТЛ
6) Эмиттерно-связная логика ЭСЛ
7) интегрально связанная логика ЭСЛ
8) униполярной НДП с n– проводимостью n-НДП
К таким ИС при построении схемотехнических изделий характеризуются следующей совокупностью технических характеристик их надежности:
1) реализуемая логическая функция
2) коэффициент разветвления по входу и по выходу.
3) мощность потребляемая
4) среднее время задержки распространения сигнала
5) рабочая частота
6) ток потребления
7) коэффициент нагрузки
Найти формулы для определения коэффициентов нагрузки: резисторов, конденсаторов, диодов, для цифровых ИС и для аналоговых интегральных схем.

15) Количественные показатели надежности. Зависимость интенсивности отказов от коэффициента нагрузки элементов схемы.
Для количественного описания различных сторон надежности как свойства обычно используют несколько групп показателей.
1.Показатели безотказности. К основным показателям этой группы относятся:
- вероятность безотказной работы P(t_з) в течении заданного времени t_з;
- вероятность отказа q(t_з) в течении заданного времени t_з;
- интенсивность отказов λ;
- средняя наработка до отказа Т_ср;
- средняя наработка на отказ Т_о;
- параметры потока отказов μ;
- гамма-проценстная наработка до отказа;
Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки.

Под интенсивностьюотказов понимают условную плотность времени до отказа изделия, определяемую при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.
Гамма-процентная наработка до отказа – это наработка, в течении которой отказ в изделии не возникает с вероятностью гамма, выраженной в процентах.
2.Показатели ремонтопригодности. Основными показателями этой группы являются:
- вероятность восстановления v(t) за заданное время t.
- среднее время восстановления.
3. Показатели долговечности. К ним относят:
- средний ресурс (математическое ожидание ресурса)
- гамма-процентный ресурс;
- средний срок службы (математическое ожидание срока службы)
- гамма-процентный срок службы.
4. Показатели сохраняемости. К ним относятся:
- средний срок сохраняемости
- гамма-процентный срок сохраняемости.
5. Комплексные показатели надежности. Показатели этой группы выступают в виде эксплутационных коэффициентов надежности, используемых для устройства.
- коэффициент готовности;
- коэффициент технического использования
- коэффициент простояж

Зависимость интенсивности отказов от коэффициента нагрузки элементов схемы можно характеризовать выражением:
λ(v) = K_н * λ₀
где λ₀справочное значение интенсивности отказов.

16) Правила и требования к размещению ИС, ЭРЭ на печатных платах. Методика расчета габаритных размеров печатных плат.
От правильного размещения корпусов ИС на платах элементов 1-ого иерархического уровня – модулях ТЭЗ (Типовой Элемент Замены) зависит от габаритных размеров, массы, помехоустойчивость, надежность и т.д. Чем плотнее расположены корпуса ИС, тем более жестким будет тепловой режим, больший уровень помех, и наоборот чем больше расстояние между характерными ИС, тем мене эффективность использования объема, тем больше длинна связей и больше наводок помех. На установку и размещения на платах необходимо обращать серьезное внимание с учетом всех требований. Различение КС на печатных производят с определенными требованиями по помехозащищенности и соответствующим шагом установки. Выбор шага установки на печатные платы определяется условиями эксплуатации.
Вне зависимости от типа корпуса ИС шаг установки рекомендуется принимать кратным 2.5 мм. Это требование исходит от проектирования печатных плат, при этом зазоры между корпусами должны быть не менее 1.2 мм… 2мм. В технически обоснованных случаях шаг установки ИС может быть принят 1.25, а так же 0.625 (это накладывает сложности при изготовлении печатных плат). Микросхемы на печатных платах расположатся линейно в ряды, а так же в шахматном порядке. Такое расположение позволяет автоматизировать процесс сборки и монтажа и более эффективно использовать площадь печатной платы. Примеры установки схем на печатных платах приведены в ГОСТе 23.751 – 92 или ОСТе 4ГО.010.030 «Установка навесных элементов на печатные платы. Конструирование.». Микросхем со штыревыми выводами устанавливаются только с одной стороны печатной платы, а с планарными выводами могут устанавливаться как с одной, так и с другой стороны основных печатной платы.

17)Конструктивная иерархия элементов и узлов ЭС. Назовите достоинства и
недостатки.
 
Уровень «0» - на этом уровне нах-ся конструктивно неделимые эл-ты – различные ЭРЭ и ИС.
Уровень «1» - на этом уровне элементы уровня «0» объединяются в типовые конструктивные единицы (ТКЕ), имеющие функционально законченный узел ЭС, который по конструктивному оформлению, технология изготовления яв-ся самостоятельным и служит исходной сборочной единицей изделия. ТКЕ должны быть взаимозаменяемыми – это модули, ячейки, типовые эл-ты замены (ТЭЗ) и т.д. и не имеют лицевой панели (конструктивный признак)
Уровень «2» - на этом уровне ТКЕ объединяются по конструктивному признаку: механические, электрические соединения, блоки, субблоки. Часто ТКЕ 2-го уровня содержат лицевые панели не имеющие самостоятельного назначения.
Уровень «3» - на этом уровне проводится объединение КЕ уровня «2» в виде стоек или шкафов. Стойка в отличии от шкафа имеет дверцы, закрывающие внутренний объем.
Уровень «4» - на этом уровне конструктивно объединяются с помощью электрических соединений (шлейфов, кабелей и т.д.) несколько стоек или шкафов
Иерархическое разделение ЭС на уровне позволяет:
Организовать специализированное производство
Автоматизировать процессы сборки и монтажа , а также разработку КД
Повысить производительность труда за счет специализации
Автоматизировать разработку КД и тех.документации
Унифицировать оснастку и стендовое оборудование для изготовления и настройки КЕ
Повысить надежность и эксплуатационные характеристики
При разработке КД на конкретное изделие в зависимости от условий изготовления число уровней конструкторской иерархии может быть изменено как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения.

18)Особенности и правила конструирования узлов ЭС различных иерархических
уровней.
Процесс разработки конструкции в общем случае включает следующие этапы:
- Выбор серий ИС и микропроцессорных сборок (уровень «0»)
- Выбор (расчет) габаритных размеров ПП.
- Размещение ЭРЭ и ИС на ПП
- Конструирование ТЭЗ (уровень «1»)
- Конструирование эл-тов уровней «2» и «3» конструкторских иерархий.
- Конструирование эл-тов уровня «4»
Опыт проектирования показывает, что использование системного подхода позволяет достичь более высоких качественных показателей конструкции и технологии.

19)Основные вопросы системного проектирования изделий ЭС.
При проектировании любого изделия необходимо решать следующие задачи:
- Анализ существующих аналогов и выбор необходимых тех. характеристик
- Постановка задачи возможного проектирования указанного изделия.
- Тщательный анализ ТЗ на разработку изделия и при необходимости его корректировки.
- Выбор правил и методов проектирования, увязывая с системным подходом разработки всего изделия
- Проектирование изделия в соответствии с ГОСТом 2.102 «Этапы и стадии разработки КД» 2 и 3 конструктивные иерархические уровни предполагают разработку изделия в стойках и шкафах. Расположение блоков и субблоков в шкафах и стойках должно производиться координатным и позиционным методом.

21) Анализ электрических соединений с помощью графов изделий ЭС.
Анализ сводится к решению следующих задач:
1) составление ориентированного графа
2) анализ и упрощение графа если требуется
3) выделение совокупности сквозных связей
4) запись выполняемой функции схемы
Теорию графов применяют для решения задач анализа схем, размещения и компоновки элементов проектирования печатного монтажа и мно­гих других. Это объясняется тем, что использование графов сокращает объем вы­числений по сравнению с обычными методами и позволяют строить компактные и удобные для реализации на ЭВМ алгоритмы преобразований и оптимизации.
Объект, состоящий из двух множеств (множество точек и множество линий), которые находятся между собой в некотором отношении, называют графом. множество точек графа обозначают X={x1,x2,…xn}, │X│=n и называют множеством вершин.
Множество линий, соединяющих пары вершин (xi,yj)ЄX, называют множеством ребер или дуг, которые обозначают U={u1,u2,…um}, │U│=m
Тогда графом можно считать объект, который обозначается как G=(X,U) и состоит из множества вершин X и множества ребер или дуг U, находящиеся в определенной связи между собой.
Граф G=(X,U) можно задавать в различных формах, основными являются геометрическая и матричная форма. Основой геометрической формы задания графа является рисунок. Изображения графа в идее рисунка обладает наглядностью, раскрывает смысл представляемого объекта.
Граф называется помеченным, если его вершины отличаются одна от другой метками, например x1, x2, …, xn, это удобно для конструирования ЭВС т.к. нужна нумерация элементов.
Для конструкторского проектирования большинства задач, особенно при его автоматизации, удобно решать при использовании матричной формы задания графа.
Рассматривают следующие виды матриц:
- Квадратная матрица или матрица смежности вершин R││n×n││, где n – число вершин графа.
- Матрица смежности ребер W││m×m││, где m- число ребер графа.
- Матрица инцидентности J││n×m││, где n – число вершин графа, m- число ребер графа.
Получим следующую матрицу смежности R:
Строки и столбцы матрицы R соответствуют вершинам графа G. На пересечении xi стоки и xj столбца находится элемент rij, соответствующий числу ребер, соеденяющих вершины xi и xj.
Матрица инцидентности J для данного графа имеет следующий вид:
В данной матрице строки соответствуют вершинам графа, столбцы – ребрам, а элемент iki указывает на инцидентность вершины Xk к ребрам ui.
В каждом столбце матрицы J расположено по две единицы, так как ребро соединяет ровно две вершины. При наличии в графе петель соответствующие им столбцы в матрице J будут иметь по одной единице, т.к. петля соединяет только одну вершину.

22)Правила проектирования печатных плат: задачи, решаемые при разработке печатных плат.
Основные правила конструирования печатных плат
1.Максимальный размер стороны ПП не должен превышать 500 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа.
2.Соотношения размеров сторон ПП для упрощения компоновки блоков и унификации размеров ПП рекомендуются следующие: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 и т.д.
3.Выбор материала ПП, способа ее изготовления, класса плотности монтажа должны осуществляться на стадии эскизного проектирования, так как эти характеристики определяют многие электрические параметры устройства..
4.При разбиении схемы на слои следует стремиться к минимизации числа слоев. Это диктуется экономическими соображениями.
5.По краям платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5-2,0 мм. Размещение установочных и других отверстий, а также печатных проводников в этой зоне не допускается.
6.Все отверстия должны располагаться в узлах координатной сетки. В крайнем случае, хотя бы первый вывод микросхемы должен располагаться в узле координатной сетки.
7.На печатной плате должен быть предусмотрен ориентирующий паз (или срезанный левый угол) или технологические базовые отверстия, необходимые для правильной ориентации платы.
8.Печатные проводники следует выполнять минимально короткими.
9.Прокладка рядом проводников входных и выходных цепей нежелательно во избежание паразитных наводок.
10.Проводники наиболее высокочастотных цепей прокладываются в первую очередь и имеют благодаря этому наиболее возможно короткую длину.
11.Заземляющие проводники следует изготовлять максимально широкими.
Задачи конструирования печатных плат. В РЭА печатные платы применяют практически на всех уровнях конструктивной иерархии: на нулевом - в качестве основания гибридных схем и микросбо­рок, на первом и последующих - в качестве основания, механически и электрически объединяющего все элементы, входящие в электриче­скую принципиальную схему РЭА и ее узлов. При разработке конструкции печатных плат решаются следующие взаимосвязанные между собой задачи:
1) схемотехнические - трассировка печатных проводников, минимизация слоев и т.д.;
2) радиотехнические - расчет паразитных наводок, параметров линий связи и пр.;
3) теплотехнические - температурный режим работы ПП, теплоотводы;
4) конструктивные - размещение элементов на ПП, контактирование и пр.;
5) технологические - выбор метода изготовления, защита и пр.
Конструктивные особенности печатной платы.
Ширину печатных проводников рассчитывают и выбирают в зависимости от допустимой токовой нагрузки, свойств токопроводящего материала, температуры окружающей среды при эксплуатации. Края проводников должны быть ровными, проводники без вздутий, отслоений, разрывов, протравов, пор, крупнозернистости и трещин, так как эти дефекты влияют на сопротивление проводников, плотность тока, волновое сопротивление и скорость распространения сигналов.