Требования по надежности

Данные требования включают в себя обеспечение:

1) вероятности безотказной работы,

2) наработки на отказ,

3) среднего времени восстановленияработоспособности,

4) долговечности,

5) сохраняемости.

Вероятность безотказной работы ЭВМ есть вероятность того, что в заданном интервале времени при заданных режимах и условиях работы в машине не произойдет ни одного отказа.

Наработкой на отказ ЭВМназывают среднюю продолжительность ее работы между от­казами.

Среднее время восстановления работоспособности ЭВМопределяет среднее время на обнаружение и устранение одного отказа. Эта характеристика надежности является также важным эксплуатационным параметром.

Долговечностью ЭВМ называют продолжительность ее работы до полного износа с необхо­димыми перерывами для технического обслуживания и ремонта.

Под полным износом при этом понимают состояние машины, не позволяющее ее дальнейшую эксплуатацию.

Сохраняемость ЭВМ— ее способность сохранять все технические характерис­тики после заданного срока хранения и транспортирования в определенных условиях.

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.

Тесная связь предъявляемых к ЭВМ требований приводит к тому, что стремление максимально удовлет­ворить одному из них ведет к необходимости снизить зна­чение других. Так, желание увеличить надежность ЭВМ вве­дением структурной избыточности неизбежно влечет за собой увеличение габаритов, массы, мощности потребления, стои­мости. В данном случае выходом служит дальнейшее повышение степени интеграции микросхем.

Точная связь между такими взаимно противоречивыми требованиями достаточно сложна и устанавливается статисти­ческим анализом параметров разработанных и изготовляемых ЭВМ.

Соотношение между различными требо­ваниями может быть установлено исходя из типа, назначения и характера эксплуатации проектируемой ЭВМ.

Для большой универсальной ЭВМ наиболее важное тре­бование — обеспечение максимального быстродействия, посколь­ку оно в существенной степени определяет ее производи­тельность; наименее важное требование — обеспечение неболь­ших габаритов и массы.

Для управляющих (встраиваемых) ЭВМ наиболее важные требования — высокая надежность и малая стоимость (при про­изводстве большими сериями).

НастольныеЭВМ, рассчитываемые для массового потреб­ления, должны прежде всего иметь малую стоимость. Дости­жение высокого быстродействия для этого класса машин — желательное, но не обязательное требование. Обычно стремятся достичь относительного высокого быстродействия, доступного в определенной ценовой категории.

Бортовые ЭВМ, устанавливаемые на военные и гражданские объекты, должны обладать высокой степенью надежности. При этом стоимость машин в некоторых случаях не имеет существенного значения.

Применение ЭВМ в военной технике накладывает на их конструкцию дополнительные жесткие требования. Это связано с тем, что в условиях военных действий жизнь экипажа самолета, танка или корабля, а также успех целой операции могут зависеть от правильной, безот­казной работы вычислительной аппаратуры.

Использование ЭВМ в ракетах стратегического и тактического назначения требует их постоянной готовности к работе во всех климатических зонах Земли и атмосфере.

О ремонте вычислительной аппа­ратуры в самолете, танке, управляемом снаряде, ракете, ИСЗ не может быть и речи; здесь должна быть обеспечена воз­можность быстрой замены вышедших из строя блоков запас­ными.

Поэтому основным требованием к ЭВМ, установленным на военном объекте, является надежность. Не менее важные требования—способность работать практически во всех извест­ных условиях эксплуатации, ремонтоспособность, малые габа­риты, масса, мощность потребления. Следовательно, стоимость ЭВМ военного применения по сравнению с машиной с анало­гичными характеристиками, используемой на гражданских объ­ектах, выше.

Показатели качества конструкции ЭВА

Степень соответствия ЭВА предьявляемым требованиям может быть оценена на основе показателей качества конструкции ЭВА.

К таким показателям прежде всего следует отнести:

1. Сложность конструкции ЭВМ

 

С_эвм=k₁(k₂N_э+k₃M_c), (1)

где N_э — число составляющих ЭВМ элементов; М_с—число со­единений; k₁, k₂ и , k₃— коэффициенты масштабный и весовые.

Выражение (1) связывает число составляющих ЭВМ эле­ментов (микросхем, полупроводниковых приборов, пассивных компонентов, элементов коммутации) с числом разъемных и неразъемных соединений между ними, что определяет массу, габаритные размеры, надежность и другие общие параметры ЭВМ.

2. Число элементов, составляющихЭВМ.

N_э = ,

где N_y, k_n, п_ij — соответственно число устройствЭВМ, типов элементов, элементов i-го типа, входящих в j-е устройство

3. Объем ЭВМ

V=V_N+V_Mc+V_н+V_ут , (2)

где V_N —общий объем всехИС, дм³; V_Мс — объем соединений, дм³; V_н — объем несущей конструкции, обеспечивающей проч­ность и защитуЭВМ, дм³; V_ут — объем уст­ройства теплоотвода, дм³.

4. Cтепень использова­ния физического объема ЭВМ

Отношение q_n=V_н/V характеризует степень использова­ния физического объема ЭВМ элементами, несущими полезную функциональную нагрузку,

т. е. непосредственно определяю­щими электрическую схему ЭВМ, и называется коэффициентом интеграции или коэффициентом использования физического объема (Он всегда меньше 1 и равен 1 в случае применения одно­кристальной микро-ЭВМ).

5. Общая масса ЭВМ

Общая масса ЭВМ определяется суммой масс всех вхо­дящих в ЭВМ устройств:

m = т_N + n_Мс + m_н + m_ут

(обозначения в индексах аналогичны обозначениям в (2)).

6. Общая мощность потребления ЭВМ

,

где р_i — мощность потребления i-гo устройства.

Для цифровых устройств потребляемая ими мощность за­висит от средней мощности потребления ИС. Известно, что 80—90% мощности потребления рассеивается в виде теплоты и определяет тепловой режим ЭВМ и соответствующие пе­регревы элементов конструкции.

7. Общая площадь, занимаемаяЭВМ,

,

где Q,— площадь, требуемая для эксплуатации i-го устройства ЭВМ, м²; N_y —число устройств, составляющих ЭВМ.

8. Собственная частота колебаний конструкции

f_o=[1/(2p)](k_ж/m)^1/2 ,

где k_ж — коэффициент жесткости конструкции; m — масса кон­струкции, кг.

Эффективность защиты конструкции ЭВМ от вибраций и ударов оценивается:

для амортизированной аппаратуры — коэффициентами вибро- и удароизоляции;

для неамортизированной аппаратуры—коэффициентами дина­мичности на низких и высоких частотах внешних воздействий;

Для амортизированной аппаратуры следует как можно боль­ше уменьшать собственную частоту, а для неамортизируемой, наоборот, увеличивать, приближая ее к верхней границе возму­щающих воздействий или превышая ее.

9. Степень герметичности конструкции

Степень герметичности конструкции, определяемая исте­чением газа из определенного объема блока за известный отрезок времени,

D=VDP/t

где V— объем блока, дм³; DP — избыточное давление газа в блоке, Па; t—срок службы блока, с.

10. Вероятность безотказной работы ЭВМ

Вероятность безотказной работы ЭВМ — параметр, опреде­ляющий надежность ЭВМ.

Перечисленные показатели конструкции ЭВМ определяются в основном элементной базой, на которой строится машина.

 

 

Тема 1.3Конструкторская документация-2

Общие положения ЕСКД

Виды конструкторских документов

Классификация конструкторских документов

Общие требования к выполнению конструкторских

Документов

 

Последовательность этапов разработки ЭВМ и стадий выпуска

конструкторской документации определяется Госу­дарственными стандартами.

При разработке ЭВМ выпускают большое коли­чество технической документации (конструкторской и технологической), со­став которой также определяется Государственными стандартами.

Как известно, из нескольких вариантов конструкции, решающей одинаковые функции, оптимальным является только один, который и должен быть принят к разработке. Он используется в следующих разработках, пока не будет создан новый, более качественный вариант. Такой принцип положен в основу стандартизации и создает благоприятные условия для составляющих стандартизации - преемственности, повторяемости, типизации и унификации элементов конструкции.

Преемственность – это объем применения в новом изделии ранее разработанных и освоенных производством деталей и узлов.

Снижает сроки разработки конструкции и стоимость подготовки производства (за счет использования имеющегося инструмента).

Повторяемость – характеризуется числом одинаковых узлов и деталей в изделии.

Упрощается конструкция и стоимость ее изготовления.

Типизация – это процесс целесообразного сокращения многообразия конструкций за счет создания типовых широко применяемых деталей и узлов.

Наивысшая степень типизации – унификация.

Унификация – это процесс сокращения многообразия типовых деталей и узлов или изделий путем объединения их в группы по определенным признакам и функциям.

Унифицированные элементы конструкции позволяют создавать различные приборы и устройства на базе исходных моделей с минимальными затратами времени и средств.

Это осуществляется путем создания унифицированных рядов функциональных изделий, схожих по форме и отличающихся между собой параметрами, либо размерами. Эти ряды образуют соответственно параметрические и размерные ряды.

Параметрические ряды охватывают элементы с вариацией параметров. В таких рядах параметры представляются в виде мощности, емкости, сопротивления, коэффициента усиления, количества определенных возможностей цифрового устройства и т.д.

Степень унификации оценивают коэффициентом унификации:

K_y=N_y/N,

где N_y – количество унифицированных деталей; N – общее количество деталей.

Нормализация – метод внедрения в пределах предприятия, объединения или ведомства норм, рационально ограничивающих разнообразие типоразмеров конструкции, материалов, полуфабрикатов, обрабатывающего и измерительного инструмента и других норм общей применяемости.

Документом, регламентирующим обязательное применение какой-либо из норм, является нормаль. Нормали ограничивают также и общие ГОСТы.

Стандартизация – метод обеспечения единства качества параметров массовой промышленной продукции, снижения трудоемкости ее изготовления путем установления обязательных норм на параметры изделий или производственные процессы.

Документами, регламентирующими указанные нормы, являются государственные стандарты (ГОСТ), которые обязательны к применению наравне с установленными государством законами.

Отраслевые стандарты (ОСТ) обязательны для отдельных отраслей промышленности.

Главными в стандартизации являются общетехнические нормы, в том числе Единая система конструкторской документации (ЕСКД).

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. 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.

Каждое из изделий, входящих в комплекс, может служить как для выполнения одной или нескольких основных функций, так и для выполнения вспомогательных функций.

В первом случае примером комплекса является система, состоящая из ЭВМ, входных и выходных устройств, изготовляемых на специализированных предприятиях-изготовителях и стыкующихся с остальными устройствами машины только на месте эксплуатации.

Во втором случае в комплекс могут входить, например, детали и сборочные единицы, предназначенные для монтажа, ремонта и эксплуатации ЭВМ по месту установки: комплект запасных частей, укладочных средств, испытательной аппаратуры, тары и т. д.

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.