СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВАКУУМНОЙ КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ Содержание ВВЕДЕНИЕ АЛГОРИТМ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВКА АНАЛИЗ ПРИВЕДЕННОГО АЛГОРИТМА СПМСОК К ЗАЩИТЕ Основные требования, предъявляемые к ВКА ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ ВКА СТРУКТУРНО-КОНСТРУКТИВНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ВКА Заключение АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ ПОИСКОВОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ ВАКУУМНАЯ КОММУТАЦИОННАЯ АППАРАТУРА (ВКА)
ВВЕДЕНИЕ Развитие научно-технического прогресса, важнейшими направлениями которого являются создание и освоение принципиально новой техники и технологии, автоматизация и механизация производства привело к необходимости всесторонней интенсификации экономики. В частности, развития вакуумной техники, оказывающей определяющее влияние на создание и производство изделий электроники и все более широко используемой в других отраслях промышленности. Вследствие этого к вакуумному оборудованию предъявляются повышенные требования, разнообразный и меняющийся диапазон значений которых обуславливает необходимость модернизации и разработки новых конструкций его элементной базы, например, вакуумной коммутационной аппаратуры (ВКА): клапанов, затворов, натекателей, служащих для периодического сообщения и герметичного перекрытия вакуумных коммуникаций и управления вакуумным режимом. Неотъемлемой частью вакуумных систем (ВС) являются конструкция и правильная эксплуатация ВКА. Она и определяет надежность работы вакуумного технологического оборудования. (ВТО). Основанное на интуитивно-эмпирическом подходе, традиционное проектирование, исходя из уровня знаний конструктора, не удовлетворяет в полной мере ожесточившимся требованиям к созданию ВКА таким, как необходимость минимального воздействия потоков газовыделения и загрязнения на технологическую среду оборудования производства изделий электронной техники, работе при температурах 600 - 800 К, повышению показателей надежности в десятки раз и т.д., а это особенно заметно на примере цельнометаллической ВКА, показатели качества которой, начиная с начала 70-х годов по существу не улучшаются. По причине этого существующие конструкции громоздки, имеют небольшой ресурс и наработку на отказ. Осложнение происходит из-за отсутствия единого научно обоснованного подхода к проектированию ВКА, а это, в свою очередь, приводит к неоправданному ее многообразию, низкому качеству конструкций и, как следствие, к отказам и простоям дорогостоящего оборудования при эксплуатации. Также проявляется тенденция к значительному уменьшению сроков проектирования ВКА, которая наряду с указанными факторами вызывает необходимость автоматизации процесса проектирования Вышесказанное определяет цель работы: создание научно обоснованной методологии схемотехнического и функционального проектирования ВКА, направленной на решение проблем проектирования ВКА, с конкретной реализацией в виде новых конструкций ВКА и программно-информационных средств, предназначенных для анализа, синтеза и моделирования работы ВКА. При этом необходимостью является разработка и применение новых развивающихся методик проектирования, позволяющих генерировать множество различных технических решений и проводить целенаправленный их поиск и выбор, исходя из технического задания (ТЗ), имеющего жесткие и иногда полярные требования
АЛГОРИТМ СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ И ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВКА Синтез и анализ ВКА на этапе технического предложения и с содержанием оценок свойств ВКА на основе исследования процессов ее функционирования, генерация 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 обуславливает необходимость формального описания структур, функций, свойств, объектов для определения проектных целей в виде изменения структур ВКА и определения связей свойств ВКА для построения этих структур. Все это и является функциональным и схемотехническим проектированием ВКА Требования к вакуумным системам определяют техническое задание (ТЗ) на разработку ВКА. Поиск аналогов является начальным этапом создания ВКА, что объясняется нецелесообразностью разработки новой конструкции ВКА при наличии среди существующих вариантов той конструкции, которая полностью удовлетворяет предъявленным требованиям. Если же вдруг аналоги отсутствуют, то необходимо проанализировать ТЗ для выявления заведомо завышенных требований с целью их смягчения. В противном случае переходят к поиску прототипа - конструкции ВКА, наиболее полно соответствующей требованиям ТЗ. Сравнение параметров выбранной конструкции ВКА с требуемыми позволяет сформировать потребительские цели проектирования ВКА в виде необходимости изменения соответствующих значений параметров ВКА или ее структурных составляющих Исходя из целей, определяют необходимые функции и функциональные модули, их реализующие. Вводя соответствующие отношения среди найденных функциональных модулей, получают возможные структуры ВКА, из которых с помощью критериев выбирают структуру, наиболее отвечающую предъявленным требованиям ТЗ, что приводит к достижению проектной цели Отсутствие среди известных удовлетворительной функциональной структуры или появление новых функций для достижения потребительской цели проектирования ВКА приводит к необходимости синтеза физического принципа действия ВКА - этапа ее функционального проектирования. Также появляются новые функциональные модули и происходит повтор этапов схемотехнического проектирования ВКА для синтеза ее оптимальной элементной структуры
АНАЛИЗ ПРИВЕДЕННОГО АЛГОРИТМА
Исходя из вышесказанного, можно отметить, что помимо отмеченного отсутствия системного описания ВКА, удобного для постановки задач схемотехнического и функционального проектирования, достижение поставленной цели осложнено также отсутствием исследований процесса функционирования ВКА с позиций схемотехнического проектирования. К этому можно также добавить: формальное описание структур ВКА и процесса их синтеза; формализованность научно обоснованных методов принятия решений при конструировании ВКА, что позволяет сформулировать следующие основные задачи, подлежащие решению: проведение системного анализа ВКА; разработка системной модели процесса проектирования ВКА; разработка методики и математических моделей процесса проектирования ВКА на уровне формирования ее структурных схем; построение и исследование модели функционирования ВКА; разработка формализованных методов выбора и критериев оптимальности при структурном синтезе ВКА; разработка комплекса программных средств автоматизации начальных этапов проектирования ВКА; разработка новых конструкций ВКА на основе использования созданного методического и информационно-программного обеспечения.
Список к защите
1. Системные модели ВКА и процесса ее функционального и схемотехнического проектирования 2. Методика и математические модели функционально-схемотехнического 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 функционирования ВКА и критерии оптимальности конструкций ВКА 6. Новый класс ВКА переменной структуры и конструкции ВКА А) Современное состояние работ по созданию вакуумной коммутационной аппаратуры Б) Анализ связей ВКА с оборудованием электронной техники
Основные требования, предъявляемые к ВКА Интервалы рабочих давлений по величине рабочего давления можно условно разделить на три группы: установки с рабочим давлением до 5 10 Па; установки с рабочим давлением до 1 10 Па; оборудование с рабочим вакуумом выше 1 10 Па. Для первой группы получение вакуума в оборудовании достигается применением паромасляных диффузионных насосов с ловушками, позволяющими исключить наличие углеводородных соединений в рабочей среде; герметизация разъемных соединений осуществляется резиновыми прокладками. Эти установки относятся к не прогреваемым системам, длительность откачки которых определяется, в основном, десорбцией паров воды. Дополнительными требованиями к установкам данного типа могут служить необходимость получения определенного спектра остаточных газов, исключение привносимой дефектности на изделие электронной техники , высокая (до 1600 К) температура в рабочей камере и повышенные требования к надежности работы из-за значительного экономического ущерба в случае отказа Во второй группе оборудования используют безмасляные и комбинированные средства откачки. В качестве уплотнений разъемных соединений применяются металлические прокладки и прокладки, изготовленные из термостойкой резины . Обычно установки второй группы прогреваются до 400 - 650 К, имеют достаточно большое время достижения рабочего давления (от 5 до 20 часов) и более жесткие требования к привносимой на изделие дефектности К третьей группе оборудования пр
