CC BY
20УДК 623.832
Унификация базовых несущих конструкций II и III уровней в комплексах связи для военно-морского флота
Михайлюк П.П., Малаева Е.А.
Аннотация. Постановка задачи: унификация конструктива при производстве основных несущих конструкций для обеспечения гибкости при проектировании и изготовлении. Целью работы является анализ и описание текущего состояния унификации при изготовлении основных несущих конструкций. Новизна: состоит в рассмотрении вопроса сохранения тактико-технических характеристик прибора на примере электро-магнитной совместимости при унификации конструкции. Результат: заключается в том, чтобы проиллюстрировать принципы унификации при изготовлении терминалов малой серийности с небольшими отличиями в базовых несущих конструкциях. Практическая значимость: проанализированы конкретные примеры унификации использования съемной панели разъемов при изготовлении корпуса прибора, стоек и самих устройств.
Ключевые слова: унификация; стандартизация; каталогизация; базовая несущая конструкция.
Введение
Проблема унификации базовых несущих конструкций (БНК) актуальна, поскольку на основе принципов стандартизации, унификации и нормативных актов взаимозаменяемости формируются методологии технических измерений, а также системы менеджмента качества и сертификации продукции.
Стандартизация напрямую влияет на повышение эффективности производства, являясь научным методом оптимального упорядочения номенклатуры и качества продукции внутри государства. Стандарт и качество неразделимы.
При разработке продукции радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) уровень внутрипроектной и межпроектной стандартизации и унификации рассчитывается в соответствии с ГОСТ РВ 20.39.309-98, ГОСТ РВ 15.207-2005 [1, 2]. В этом случае коэффициенты применимости составных частей изделий не должны быть меньше требований, указанных в техническом задании (ТЗ). Обычно эти значения являются следующими:
- на уровне детализации - 50%;
- на уровне сборочных единиц - 30%.
Коэффициенты повторения составных частей изделий должны быть не менее:
- на уровне детализации - 4;
- на уровне сборочной единицы - 1.
Показатели стандартизации и унификации описывают насыщение продукции стандартными, унифицированными и оригинальными компонентами, а также уровень унификации с другими продуктами, то есть степень использования в конкретном изделии стандартизированных деталей, сборочных единиц, блоков и других составных частей изделия.
Данные показатели определяют степень однородности конструкции изделия. Они показывают возможность использования минимально необходимого количества типономиналов составных частей изделия для повышения качества продукта и эффективности производства [3].
Обоснование количественных требований к стандартизации и унификации разработанного изделия осуществляется на основе анализа статистических данных по
показателям стандартизации и унификации ранее разработанной продукции и взаимосвязи с технико-экономическими и эксплуатационными характеристиками.
Основными целями объединения являются:
- сокращение множества доступных видов, типов и типоразмеров вооружения и военной техники (ВВТ) той же функциональной цели путем изменения, при необходимости, конструкций или конструктивных элементов, основных и второстепенных размеров, и т. д.;
- изменения в конструкции и исполнительных размерах, марок материалов, технической и термохимической обработки, точного изготовления аналогичных деталей, используемых на различных заводах, в целях внедрения автоматических линий, обеспечивающих экономичную перерегулировку с заданными размерами серийного производства деталей;
- создание комплексов взаимозаменяемых агрегатов, узлов и деталей, предназначенных для сборки гораздо большего ассортимента вооружения и военной техники путем добавления определенного количества специальных узлов и деталей;
- пересмотр видов, типов и типоразмеров выпускаемых или приобретаемых для ВВТ-пакета с целью замены устаревших или недостаточно качественных на более современные, надежные и долговечные изделия.
Проведение унификации, сопровождаемое определенными затратами, требует экономического обоснования. Необоснованная унификация может иметь отрицательный эффект, особенно когда необходимо использовать ближайшие крупные унифицированные детали, вызывая неоправданные рабочие условия, увеличение веса, габариты и трудоемкость производственных машин.
На рис. 1 показана зависимость экономического эффекта от типа производства. Кривая 1 описывает изменение экономического эффекта в зависимости от уменьшения типичных размеров продукции и, как следствие, увеличения объёма выпуска, то есть специализации производства. Кривая 2 описывает затраты, связанные с унификацией.
Кривая 3 описывает общий экономический эффект, достигнутый за счет улучшения качества продукта и эффективности производства. На участке АБ эффективность и затраты, связанные с унификацией, очень низкие. На участке БВ общая эффективность резко возрастает и достигает пика в точке В. Дальнейшее сокращение типов и увеличение серийной эффективности малоэффективны в производственной сфере, так как специализация уже реализована, расходы продолжают расти (участок ВГ). На участке ГД дальнейшее уменьшение размера экономически неэффективно [4, 5].
Э
у
N
Рис.1. Зависимость экономического эффекта от вида производства
1 Сущность блочно-модульного метода проектирования
Снизить затраты на разработку, подготовку производства и освоение РЭА, обеспечить совместимость и преемственность аппаратурных решений с одновременным улучшением качества, увеличением надежности и срока службы аппаратуры в эксплуатации позволяет модульный принцип конструирования изделий. Модульный принцип конструирования предусматривает проектирование изделий РЭА на основе максимальной конструктивной и функциональной взаимозаменяемости составных частей конструкции - модулей.
В основе модульного принципа лежит разукрупнение (разбивка, расчленение) электронной схемы РЭА на функционально законченные подсхемы (части), выполняющие определенные функции. Эти подсхемы разбиваются на более простые модули, и так далее, пока электронная схема изделия не будет представлена в виде набора модулей различной сложности, а низшим модулем не окажется корпус микросхемы (МС) с обслуживающими ее радиоэлементами.
В зависимости от сложности проектируемого изделия может быть задействовано разное количество уровней модульности. Конструкция современной РЭА является иерархией модулей, каждая ступень которой называется уровнем модульности.
В конструкции радиоэлектронной аппаратуры можно выделить четыре основных уровня.
Уровень 0 Конструктивно неделимый элемент - интегральная микросхема с радиоэлементами ее обслуживания.
Слой I. На уровне I неделимые элементы объединены в схемные комбинации, имеющие более сложную функциональную особенность, образующие ячейки, модули. Первый структурный уровень, например, включает в себя печатные платы и большие гибридные интегральные схемы.
Уровень II. Этот уровень включает в себя конструктивные единицы - блоки, предназначенные для механического и электрического объединения элементов уровня I. Основными конструктивными элементами блока являются панели с соответствующими разъемами модулей первого уровня. Межмодульная коммутация выполняется соединителями, расположенными по периферии панели блока. Модули первой уровня размещаются в один или несколько рядов.
Уровень III может быть реализован в виде каркаса, стойки или большого прибора, внутренний объем которых заполняется конструктивными единицами уровня II - блоками.
Выбор способа изготовления печатных плат и технологического оборудования для их изготовления накладывает ограничения на стандартные размеры печатных плат, что в конечном счете создает очень сложную задачу для разработчика. Поэтому для упрощения данной задачи разработана и широко используется нормативно-техническая документация, регулирующая типоразмеры печатных плат. Ее использование способствует унификации типов печатных плат и конструкций ячеек.
2 Технические решения стойки телекоммуникационной
Работа в области унификации выборки ВВТ характеризуется уровнем унификации -насыщением выборки ВВТ унифицированными и стандартными компонентами. В этом случае уровень должен быть оптимальным. Все компоненты образца не могут быть стандартными или унифицированными. Полная стандартизация ограничит идею инноваций. Если в образце не используются стандартные и унифицированные изделия, конструктору придется разрабатывать существующие и технологически отлаженные детали или сборки. Соотношение унифицированной и оригинальной продукции должно быть оптимальным, тогда достигается максимально возможная технико-экономическая эффективность для обеспечения заданных технических характеристик образца.
Очень часто при разработке оборудования с использованием блочно-модульного метода проектирования основными несущими конструкциями транспортного средства являются корпуса и каркасы, разработанные на основе так называемой «Евромеханики».
Например, возьмем универсальную БНК стойки ЗАС1, представленную на рис. 2а, и стойки КПС, рис. 2б, позволяющую изменять ее внутреннее наполнение в зависимости от выполняемых задач. Одна и та же конструкция стойки может применяться в разных изделиях.
а) б)
Рис. 2. Стойка ЗАС1 (а), стойка КПС (б)
В настоящее время широко используются 19-дюймовые конструкции согласно МЭК 297 (формат 482,6 мм). Основной единицей измерения в МЭК 297 является дюйм, который считается равным 25,4 мм. Это позволяет достаточно удобно пользоваться им в странах с метрической системой измерения. Ширина кассет и субблоков для установки в стойку составляет 482,6 мм. Однако под посадочные места для модулей зарезервирована не вся ширина субблоков, а только 16,8 дюймов или 426,72 мм. Это пространство делится на 84 посадочных места шириной 5,08 мм или 0,2 дюйма. Все вертикальные посадочные размеры в шкафах кратны 44,45 мм, что составляет 1,75 дюйма.
Важным этапом проектирования модулей первого уровня является выбор их типоразмеров. Известно, что это в первую очередь определяется тактическими и техническими требованиями на аппаратуру, которые задают основные условия эксплуатации и габариты изделия.
3 Технические решения приборов «Модуль доступа» и «Коммутатор доступа»
Рассмотрим универсальную БНК модуля доступа (МД), показанную на рис. 3,
позволяющую адаптировать устройство к различным методам установки.
Рис. 3. Модуль доступа
Каркас для МД унифицирована с задней платой ввода-вывода (ПВВ), а съемный блок содержит деталь, уникальную для каждой версии устройства, которая позволяет не влиять на большую часть конструкции при внесении изменений (рис. 4).
Рис. 4. Унифицированная часть с ПВВ
Унификация в БНК коммутатора доступа также позволяет размещать различное содержимое в устройстве без изменения центральной части устройства, без изменения местоположения и точек крепления, меняя только переднюю и заднюю крышки. Это хорошо видно на шлюзе сопряжения, удаленном устройстве питания, коммутаторе доступа и сервер-коммутаторе рис. 5.
шлюз сопряжения
устройство удаленного питания
Рис. 5. Унификация в БНК коммутатора
Применяя принцип блочно-модульного метода проектирования РЭС, можно создать систему с практически неограниченной производительностью и сложностью, сохраняя при этом гибкость в ее организации, поскольку разработчик использует ровно столько модулей, сколько ему требуется. Разработчик системы также может легко модернизировать конструкцию, изменив или добавив отдельные модули и получив необходимые параметры.
4 Технические решения терминала многофункционального
Проанализируем техническое решение на примере универсальной БНК корпуса терминала многофункционального (ТМ), показанной на рис. 6, позволяющей настраивать и заменять электронные узлы и адаптировать устройство к различным методы установки и крепления.
Рис. 6. Универсальная конструкция
Одним из технических решений, иллюстрирующих принцип стандартизации и унификации является съемная панель (рис. 7).
Рис. 7. Съемная панель
Съемная панель разъемов представляет собой комплектный съемный блок с электромонтажом. При необходимости это решение позволяет изменить внутреннее наполнение устройства без повторного изготовления корпуса (за исключением съемной панели). Съемная панель позволяет предоставить возможность замены или изменения количества разъемов на панели.
Одним из технических решений является съемная виброразгрузочная платформа, показанная на рис. 8.
Виброразгрузочная платформа устанавливается на корпус через специально -выведенные конструктивные элементы, которые изолируют расположенные на радиаторе электронные узлы, от прямых механических воздействий
Рама виброразгрузочной платформы закрывает все крепежные места БНК. исключая возможность вскрьггия корпуса
Виброразгрузочная платформа
Рис. 8. Виброразгрузочная платформа
Конструкция БНК позволяет заменить виброразгрузочную платформу универсальной рамой, которая адаптирует БНК к дополнительным способам установки и крепления.
При унификации БНК часто возникает проблема сохранения электромагнитной совместимости. Дополнительные стыки между съемными частями корпуса выполняются в виде «замка» для создания лабиринта, который увеличивает потери при прохождении электромагнитной волны через зазор. «Замок» дополнительно содержит токопроводящий профиль, показанный на рис. 9.
Рис. 9. Токопроводящий профиль
Также между разъемными частями корпуса проложены профили из токопроводящего силикона (рис. 10).
Рис. 10. Разъемные части корпуса
Подобные решения позволят достигнуть защиты от ЭМС и унифицировать БНК терминала.
Вывод
Рассмотренный в статье пример показывает, что конструктору при унификации БНК важно учитывать вопросы сохранения технических характеристик, особенно в части ЭМС, а также необходимо сочетать их с улучшением экономических характеристик производства. Параметрическая стандартизация используется для установления рациональной номенклатуры выпускаемой продукции с целью унификации, увеличения серийности и развития специализации их производства. Для этого разрабатывают стандарты для параметрических рядов этих изделий.
Литература
1. ГОСТ РВ 20.39.309-98 Комплексная система общих технических требований. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Конструктивно-технические требования. М.: Госстандарт России, 1998.
2. ГОСТ РВ 15.207-2005 Военная техника. Порядок проведения работ по стандартизации и унификации в процессе разработки и постановки на производство изделий. М.: Госстандарт России, 2005.
3. Димов Ю.В. Метрология, стандартизация и сертификация. Издательский дом «Питер». 2010. 463 c.
4. Никифоров А.Д, Бакиев Т.А. Метрология, стандартизация и сертификация. М. Высш. школа. 2002. 422 с.
5. Миньков С.Л. Технико-экономическое обоснование выполнения проекта: методическое пособие. Томск: ТУСУР, 2014. - 30 с.
References
1. GOST RV 20.39.309-98 Complex system of General technical requirements. Equipment, devices, devices and equipment for military purposes. Design and technical requirements. Moscow. Gosstandart of Russia. 1998 (in Russian).
2. GOST RV 15.207-2005 Military equipment. Procedure for standardization and unification during the development and commissioning of products. M.: Gosstandart of Russia. 2005 (in Russian).
3. Dimov Yu.V., Metrology, standardization and certification. Piter. 2010. Pp. 463 (in Russian).
4. Nikiforov A.D, Bakiev T.A. Metrology, standardization and certification. Moscow. High school. 2002. Pp. 422 (in Russian).
5. Minkov S.L., Feasibility study of the project: methodological guide. Tomsk: TUSUR, 2014. - 30 seconds (in Russian).
Статья поступила 21 сентября 2020 г.
Информация об авторах
Михайлюк Павел Петрович - Кандидат технических наук, доцент кафедры института Фундаментальной подготовки и технологических инноваций Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения. MBA Технический директор ПАО «Интелтех». Тел.: +7-911-257-16-65. E-mail: mihayluk@inteltech.ru.
Малаева Екатерина Александровна - Аспирант Томского политехнического университета по направлению Техносферная безопасность. Тел.: +7-913-110-78-37. E-mail: katrina.malaeva@bk.ru.
Адрес: 197342, Россия, г. Санкт-Петербург, Кантемировская, 8.
Unification of basic load-bearing structures of the II and III levels in communication complexes
for the Navy
P.P. Mikhaylyuk, E.A. Malaeva
Annotation. Problem statement: unification of constructs in the production of basic load-bearing structures to ensure flexibility in design and manufacturing. The aim of the work is the analysis and description of the current state of unification in the manufacture of basic supporting structures. Novelty: consists in examining the issue ofpreserving the performance characteristics of the device using the example of EMC when unifying the design. Result: it consists in illustrating the principles of unification in the manufacture of small-series terminals with slight differences in the design of the BNK. Practical relevance: specific examples of unification of the use of a removable panel of connectors in the manufacture of the device body, racks, devices themselves, are analyzed.
Keywords: unification; standardization; cataloging; basic supporting structure.
Information about Authors
Pavel Petrovich Mihailuk - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Institute of Fundamental Training and Technological Innovation, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation. MBA Technical Director, PJSC «Inteltech». Tel.: +7-911-257-16-65. E-mail: mihayluk@inteltech.ru.
Ekaterina Aleksandrovna Malaeva - Graduate student of Tomsk Polytechnic University in the field of Technosphere safety. Tel.: +7-913-110-78-37. E-mail: katrina.malaeva@bk.ru.
Address: Russia, 197342, Saint-Petersburg, Kantemirovskaya, 8.
Для цитирования: Михайлюк П.П., Малаева Е.А.Унификация базовых несущих конструкций II и III уровней в комплексах связи для ВМФ // Техника средств связи. 2020. .№ 3 (151). С. 91-98.
For citation: Mikhaylyuk P.P., Malaeva E.A. Unification of basic load-bearing structures of the II and III levels in communication complexes for the Navy. Means of communication equipment. 2020. No 3 (151). Pp. 91-98 (in Russian).
