Схемотехническое и функциональное проектирование вакуумной коммутационной аппаратуры

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

Для служебного пользования

Экз. N _______

На правах рукописи

УДК 621.52/.646:658.5

 1БАТРАКОВ ВАСИЛИЙ БОРИСОВИЧ

 2СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

 2ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ

Специальность 05.27.07. - Оборудование производства

электронной техники

Специальность 05.13.12. - Системы автоматизации

проектирования

 Д и с с е р т а ц и я

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент

Львов Борис Глебович

Москва - 1992

.

- 2 -

СОДЕРЖАНИЕ

Введение .................................................... 4

1. Современное состояние работ по созданию вакуумной

коммутационной аппаратуры ................................ 10

1.1. Анализ связей ВКА с оборудованием электронной

техники. Основные требования, предъявляемые к ВКА ... 10

1.2. Функционально-структурный анализ ВКА ................ 15

1.3. Структурно-конструктивная классификация ВКА ......... 28

1.4. Аналитический обзор методов поискового

конструирования ..................................... 30

Выводы ................................................... 39

2. Системный анализ вакуумной коммутационной аппаратуры ..... 41

2.1. Системная модель ВКА при функциональном и схемо-

техническом проектировании .......................... 41

2.2. Функции и структура ВКА ............................. 42

2.3. Свойства ВКА и ее структурных составляющих .......... 55

2.4. Цели проектирования ВКА ............................. 62

2.5. Уравнение функционирования и критерии оптималь-

ности ВКА ........................................... 70

Выводы ................................................... 73

3. Разработка методологии схемотехнического и функционального

проектирования ВКА ....................................... 75

3.1. Методические основы функционального и схемотех-

нического проектирования ВКА ........................ 75

3.2. Методика параметрического анализа конструкций ВКА.... 76

3.3. Методика синтеза структур ВКА ....................... 80

3.4. Синтез и кинематический анализ механизмов ВКА ....... 94

3.5. Моделирование процесса функционирования ВКА .........109

Выводы ...................................................115

- 3 -

4. Создание новых конструкций ВКА на базе автоматизации

схемотехнического и функционального проектирования .......118

4.1. Программые средства анализа существующих конст-

рукций ВКА ..........................................118

4.2. Программные средства синтеза и анализа структур ВКА..121

4.3. Структурно-функциональная модель САПР ВКА на этапе

схемотехнического и функционального проектирования...124

4.4. Конструкции ВКА, разработанные на основе синтезиро-

ванных структур .....................................128

Выводы ...................................................135

Заключение ..................................................137

Литература ..................................................140

Приложения ..................................................157

.

- 4 -

ВВЕДЕНИЕ

Необходимость всесторонней интенсификации экономики нераз-

рывно связана с ускорением научно-технического прогресса, важ-

нейшими направлениями которого являются создание и освоение

принципиально новой техники и технологии, автоматизация и меха-

низация производства. Выполнение этих задач требует, в част-

ности, развития вакуумной техники, оказывающей определяющее вли-

яние на создание и производство изделий электроники и все более

широко используемой в других отраслях промышленности.

Разработка новых вакуумных технологий предъявляет к вакуум-

ному оборудованию повышенные требования, разнообразный и меняю-

щийся диапазон значений которых обуславливает необходимость мо-

дернизации и разработки новых конструкций его элементной базы, в

частности, вакуумной коммутационной аппаратуры (ВКА): клапанов,

затворов, натекателей, служащих для периодического сообщения и

герметичного перекрытия вакуумных коммуникаций и управления ва-

куумным режимом. Конструкцией и правильной эксплуатацией ВКА,

являющейся неотъемлемой частью вакуумных систем (ВС), в значи-

тельной степени определяется надежность работы вакуумного техно-

логического оборудования. (ВТО). Вместе с тем традиционное про-

ектирование, основанное на интуитивно-эмпирическом подходе,

исходя из уровня знаний конструктора, не удовлетворяет в полной

мере ужесточившимся требованиям к созданию ВКА (например, необ-

ходимости минимального воздействия потоков газовыделения и заг-

рязнений на технологическую среду оборудования производства из-

делий электронной техники, работе при температурах 600 - 800 К,

повышению показателей надежности в десятки раз и т.д.), что осо-

бенно заметно на примере цельнометаллической ВКА, показатели ка-

чества которой, начиная с начала 70-х годов по существу не улуч-

- 5 -

шаются. В связи с этим существующие конструкции громоздки, имеют

небольшой ресурс и наработку на отказ. Ситуация осложняется

отсутвием единого научно обоснованного подхода к проектированию

ВКА, что приводит к неоправданному ее многообразию, низкому ка-

честву конструкций и, как следствие, к отказам и простоям доро-

гостоящего оборудования при эксплуатации. Кроме того, проявля-

ется тенденция к значительному уменьшению сроков проектирования

ВКА, которая наряду с указанными факторами вызывает необходи-

мость автоматизации процесса проектирования.

Одним из выходов из сложившейся ситуации является разработ-

ка и применение новых развивающихся методик проектирования, поз-

воляющих генерировать множество различных технических решений и

проводить целенаправленный их поиск и выбор, исходя из техни-

ческого задания (ТЗ), имеющего жесткие и иногда полярные требо-

вания.

Изложенное определило цель настоящей работы, которой явля-

ется создание научно обоснованной методологии схемотехнического

и функционального проектирования ВКА, направленной на решение

проблем проектирования ВКА, с конкретной реализацией в виде но-

вых конструкций ВКА и программно-информационных средств, пред-

назначенных для анализа, синтеза и моделирования работы ВКА.

Принципиально функциональное и схемотехническое проектиро-

вание ВКА, заключающееся в синтезе и анализе ВКА на этапе техни-

ческого предложения и содержащее оценку свойств ВКА на основе

исследования процессов ее функционирования, генерацию и выбор

принципиальных технических решений, определяющих структуру ВКА с

учетом специфики ее функционирования в составе конкретной ВС,

можно представить в виде последовательности: цель проектирования

- функция - устройство (элементная структура), которая обуслав-

ливает необходимость формального описания структур, функций,

- 6 -

свойств, объектов для определения проектных целей в виде измене-

ния структур ВКА и определения связей свойств ВКА для построения

этих структур.

Более детально модель процесса проектирования ВКА на на-

чальных стадиях можно представить в виде алгоритма, укрупненная

блок-схема которого приведена на рис. 1.

Согласно представленной блок-схемы, ТЗ на разработку ВКА

определяется требованиями к ВС, являющейся для ВКА объектом бо-

лее высокого уровня, а начальным этапом создания ВКА является

поиск аналогов. Это объясняется нецелесообразностью разработки

новой конструкции ВКА при наличии среди существующих вариантов

ВКА конструкции, полностью удовлетворяющей предъявленным требо-

ваниям.

В случае отсутствия аналогов необходимо проанализировать ТЗ

для выявления заведомо завышенных требований с целью их смягче-

ния. Если данная процедура не приводит к нахождению аналога, то

переходят к поиску прототипа - конструкции ВКА, наиболее полно

соответствующей требованиям ТЗ. Сравнение параметров выбранной

конструкции ВКА с требуемыми (ТЗ) позволяет сформировать потре-

бительские цели проектирования ВКА в виде необходимости измене-

ния соответствующих значений параметров ВКА или ее структурных

составляющих.

Цели и критерии позволяют конструктору осуществлять направ-

ленный поиск и синтез технических решений ВКА. Исходя из целей,

определяют необходимые функции и функциональные модули, их реа-

лизующие. Вводя соответствующие отношения среди найденных функ-

циональных модулей, получают возможные структуры ВКА, из которых

с помощью критериев выбирают структуру, наиболее отвечающую

предъявленным требованиям ТЗ (происходит достижение проектной

цели).

- 8 -

Отсутствие среди известных удовлетворительной функциональ-

ной структуры или появление новых функций для достижения потре-

бительской цели проектирования ВКА приводит к необходимости син-

теза физического принципа действия ВКА, являющегося этапом ее

функционального проектирования, появлению новых функциональных

модулей и повторению этапов схемотехнического проектирования ВКА

для синтеза ее оптимальной элементной структуры.

Анализ приведенного алгоритма проектирования показал, что,

помимо отмеченного отсутствия системного описания ВКА, удобного

для постановки задач схемотехнического и функционального проек-

тирования, достижение поставленной цели осложнено также

отсутствием исследований процесса функционирования ВКА с позиций

схемотехнического проектирования; формального описания структур

ВКА и процесса их синтеза; формализованных научно обоснованных

методов принятия решений при конструировании ВКА, что позволило

сформулировать следующие основные задачи, подлежащие решению:

- проведение системного анализа ВКА;

- разработка системной модели процесса проектирования ВКА;

- разработка методики и математических моделей процесса проекти-

рования ВКА на уровне формирования ее структурных схем;

- построение и исследование модели функционирования ВКА;

- разработка формализованных методов выбора и критериев опти-

мальности при структурном синтезе ВКА;

- разработка комплекса программных средств автоматизации началь-

ных этапов проектирования ВКА;

- разработка новых конструкций ВКА на основе использования соз-

данного методического и информационно-программного обеспечений.

На защиту выносятся:

1. Системные модели ВКА и процесса ее функционального и

схемотехнического проектирования.

- 9 -

2. Методика и математические модели функционально-схемотех-

нического проектирования ВКА.

3. Математические модели ВКА на этапах функционального и

схемотехнического проектирования.

4. Методика и математическая модель оценки конструкций ВКА

и ее структурных составляющих.

5. Результаты исследования математической модели функциони-

рования ВКА и критерии оптимальности конструкций ВКА.

6. Новый класс ВКА переменной структуры и конструкции ВКА.

.

- 10 -

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ ВАКУУМНОЙ

КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ

I.I. Анализ связей ВКА с оборудованием электронной

техники. Основные требования, предъявляемые к

ВКА.

Вакуум как рабочая среда технологических процессов и научных

исследований находит возрастающее применение в различных отраслях

промышленности. При этом основным потребителем элементов, средств

и систем вакуумной техники является электронная техника, предъяв-

ляющая наиболее жесткие, зачастую противоречивые и трудно реализу-

емые требования к создаваемым ВС.

Используемое в электронной технике вакуумное технологическое

и научное оборудование, интервалы рабочих давлений основных типов

которого приведены на рис. I.I., по величине рабочего давления

можно условно разделить на три группы: 1) установки с рабочим дав-

лением до 5 10 Па; 2) установки с рабочим давлением до 1

Похожие работы

Вакуумная коммутационная аппаратура

Скачать

42765

0

0

... модели функционирования ВКА и критерии оптимальности конструкций ВКА. 6. Новый класс ВКА переменной структуры и конструкции ВКА. I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО СОЗДАНИЮ ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ I.I. Анализ связей ВКА с оборудованием электронной техники. Основные требования, предъявляемые к ВКА. Вакуум как рабочая среда технологических процессов и научных исследований находит ...

Блок обмена сообщениями коммутационной станции

Скачать

148336

19

1

... сборки и маршрутные карты приведены в приложении. 9. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ   9.1 Краткая экономическая характеристика проектируемого устройства Разрабатываемое в дипломном проекте устройство представляет собой блок обмена сообщениями аналоговой ЭАТС. В развитых зарубежных странах широкое применение нашли аналоговые ЭАТС типа IBM 1750 (США), DST1 (Италия), ЕК-50 (Япония), АТС 501 ...

Разработка конструкции и технологии изготовления модуля управления временными параметрами

Скачать

138399

23

10

... УЛПМ-901. 11 Визуальный контроль качества сборки при увеличении 2,5. ГГ6366У/012. Маршрутная карта на техпроцесс изготовления печатной платы приведена в приложении. 8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА 8.1 Характеристика изделия «Модуль управления временными параметрами». Обоснование объема производства и расчетного периода Модуль управления временными параметрами – ...

Блок интерфейсных адаптеров

Скачать

183285

12

5

... : ¾   температура, °С +25±10; ¾   относительная влажность воздуха, % 45...80; ¾   атмосферное давление, мм рт. ст. 630...800. Так как блок интерфейсных адаптеров предназначен для работы в нормальных условиях, в качестве номинальных значений климатических факторов указанные выше принимают нормальные значения ...