| 1 Понятие технической системы | |
| Автор: drug | Категория: Технические науки / Электроэнергетика | Просмотров: | Комментирии: 0 | 16-05-2013 20:32 |
1 Понятие технической системы
Электрические системы (ЭС) - совокупность элементов типа генераторов, пре-образователей и потребителей электрической энергии, коммути¬рующих и распределительных устройств, а также линий соедине¬ний между элементами. Численность компонентов в составе элек¬трических систем может достигать десятков и сотен тысяч. Боль¬шинство компонентов характеризуются, в свою очередь, рядом разнородных по сути параметров. К их числу относятся физичес¬кие величины (ток, напряжение, мощность и т.п.), конструктив¬ные данные (геометрические размеры, марки материалов и т.п.), данные монтажного пространства, где размещена электрическая система, и т.д. Это системы наивысшей степени сложности. Подобные системы нуждаются в декомпозиции и серьезных упро¬щениях для целей исследования и проектирования. В этом напра¬влении в качестве первых шагов используются различные клас¬сификационные схемы, позволяющие конкретизировать объект рассмотрения и сузить тем самым множество вариантов его реализации.
ЭС можно разделить на два основных класса: электроэнергетические системы (ЭЭС) и электроинформационные системы (ЭИС). В ЭЭС основными являются процессы получения, переработки и потребления электрической энергии, а в ЭИС – процессы полу¬чения, переработки и потребления информации. В действитель¬ности деление ЭС на ЭЭС и ЭИС является условным, так как степень взаимной интеграции этих систем слишком велика. Се¬годня нельзя представить ЭЭС без электроинформационных пря-мых и обратных связей, точно так же как нельзя представить реализацию ЭИС без электроэнергетических процессов. Тем не менее, указанное деление ЭС целесообразно для научной и ин¬женерной практики.
Дальнейшее расчленение автономных ЭС осуществляется по признаку функционального назначения той или иной части систе¬мы. Так, например, в ЭЭС принято выделять системы генериро¬вания электрической энергии, системы преобразования электри¬ческой энергии, системы передачи и распределения, системы элек¬троснабжения и, наконец, системы потребления электроэнергии. В ЭИС выделяются системы автоматического регулирования и управления, системы коммутации, контроля и защиты. ЭИС являются, в свою очередь, системами потребления электроэнер¬гии и могут рассматриваться как часть ЭЭС (приемники). Если же они вдобавок обслуживают элементы ЭЭС (регулирование напряжения или частоты генераторов, защита от токов корот¬кого замыкания и т.п.), то разбиение исходной электрической системы на электроэнергетические и электроинформационные еще более затрудняется из-за прямых и обратных связей, образу¬емых автоматическими системами. И все же во многих случаях, зависящих от постановки задачи и искусства исследователя или проектировщика, раздельное рассмотрение указанных систем удается и дает существенный эффект.
Дальнейшая конкретизация и декомпозиция возможна при классификации не только по функциональному назначению, но и по роду физических и конструктивных параметров и харак¬теристик. Так, например, распределительные сети по роду тока различаются как сети постоянного и переменного тока. Сети переменного тока различают как однофазные и трехфазные. Трехфазные сети различаются наличием или отсутствием нейтра¬ли. По конструктивной схеме сети делятся на радиальные (струк¬тура аналогична разветвленному дереву, в котором каждая ветвь получает питание только из одного узла), замкнутые (ветвь мо¬жет получать питание от нескольких узлов, соединенных между собой) и сложно замкнутые, или разветвленные (все ветви за¬мкнуты и структура сети подобна сетке).
Следует отметить, что ЭЭС в большинстве стран создавались не сразу, а эволюционным путем, по мере появления все новых потребителей и источников электроэнергии. Поэтому с точки зрения ЭЭС в целом размещение элементов и принятые уровни параметров не всегда являются удачными. Задача проектирова¬ния ЭЭС регионов, городов и сел, как правило, является по существу задачей развития уже существующих систем, а не созда¬ния новых систем в полном объеме. В этом смысле наиболее полной является задача проектирования автономных ЭЭС, не имеющих прямых связей с уже существующими, например, транспортных ЭЭС (самолетных, судовых, автомобильных). Хо¬тя при создании новых транспортных средств элементная база и принципиальные решения могут сохраниться в значительной мере по аналогии с прототипами, тем не менее, задача проек¬тирования ЭЭС для каждого нового транспортного средства ставится и решается заново в достаточно полном объеме. Типовая полномасштабная задача проектирования авиационных ЭЭС формулируется следующим образом. В качестве исходной информации рассматриваются:
1) перечень функций, выполнение которых должна обеспечить ЭЭС;
2) допустимое пространство размещения элементов ЭЭС и линий их соединения;
3) перечень ограничений на физические процессы ЭЭС, выбор элементной базы, конструктивные и технологические решения и т.п.
Несмотря на большой объем заданной исходной информации, ее недостаточно для однозначного построения ЭЭС. Заданные конечные функции ЭЭС не позволяют даже однозначно выбрать приемники элект¬роэнергии. Например, один и тот же механизм можно привести в действие электродвигателями различного типа (постоянного тока, асинхронными, синхронными, стабильной или плавающей частоты и т.д.). Одно и то же освещение можно обеспечить лампами накаливания, дневного освещения и т.п. Вариантность в выборе при¬емников, в свою очередь, определяет соответствующие вариации электропитания по роду тока, напряжению, частоте, мощности и т.п. Отсюда многовариантность выбора первичных и вторич¬ных источников питания. А если еще учесть многовариантность выбора распределительных устройств и построения магистраль¬ной и распределительной сети, то нетрудно представить наличие большого множества вариантов ЭЭС в целом, среди которых надо осуществить выбор конечного проектного решения. Указанные особенности показывают, что задача проектирования ЭЭС в общей постановке относится к классу оптимизационных задач, требующих критериального анализа и отбора вариантов. Причем выбор критериев также неоднозначен. Поэтому мы имеем дело в общем случае с многокритериальной оптимизационной задачей. Общая задача проектирования ЭЭС может быть распространена без всяких изменений и на ЭИС. Действительно, в результате проектирования ЭИС, исходя из заданного функционального назначения и функциональных свойств, а также множества задан¬ных условий и норм необходимо осуществить выбор всех элементов ЭИС и связей между ними и разместить все эти компоненты в заданном монтажном пространстве. Таким образом, задача проектирования ЭЭС обобщается на случай любой автономной электрической системы.
2 Понятие об электротехнических устройствах (ЭТУ), комплектных высоковольтных и низковольтных устройствах
Современное промышленное оборудование и бытовая техни¬ка насыщены электротехническими устройствами, электронны¬ми средствами контроля и управления. Поэтому специалисту бук¬вально любого профиля необходимы знания основных принци¬пов действия и построения электрических и электронных устройств.
Принципы действия, свойства и параметры электротехнических приборов и систем рассматриваются в разделах электротехники.
Начальный этап изучения человеком электричества и создания электротехнической науки связан с накоплением фактов и их фе¬номенологическим описанием. Важнейшие открытия подготовили основу для создания единой электротехнической теории. Первое обстоятельное научное сочинение о магнитных и электрических явлениях принадлежит лейб-медику английской королевы В. Гиль-берту (1600), который впервые использовал термин «электричес¬кие тела». В России первые труды в области электричества принад¬лежат М.В. Ломоносову (1760). В это же время в Америке проводит свои исследования Б. Франклин.
Дальнейшее развитие теории стимулируется широким практи¬ческим использованием электротехнических устройств. Зарождает¬ся электротехническая промышленность. Это было связано с при¬менением в практических целях переменного тока, теоретическим обоснованием и осуществлением передачи электроэнергии на зна¬чительные расстояния (Д.А. Лачинов и М. Депре, 1880 – 1882).
Электротехнические устройства отличаются принципами функционирования (электромеханические преобразователи, полу¬проводниковые приборы и т.д.), уровнем энергии и мощности (от микродвигателей мощностью менее микроватта до электрических генераторов мощностью в тысячи мегаватт), назначением (преоб-разование электромагнитной энергии или информации), видом сигналов (аналоговые, дискретные, цифровые). Общим призна¬ком изучаемых электрических систем является возможность их описания с помощью уравнений классической электродинамики (Максвелла) или законов электрических и магнитных цепей (Кирхгофа).
Знания и методология исследования электрических уст¬ройств, полученные в курсе «Электротехника», находят приме¬нение при анализе и проектировании электротехнических уст¬ройств и электронных приборов (электрических аппаратов и двигателей, датчиков, электрических сетей и электрооборудо¬вания, интегральных микросхем и средств преобразования ин¬формации).
Развитие средств и методов вычислительной техники отра¬зилось на общих подходах к проектированию устройств, в том числе на методах теоретической электротехники. Принципы ав¬томатизированного проектирования базируются на информаци¬онных моделях устройств, позволяющих исследовать функци¬онирование элементов, устройств и систем численными мето¬дами. Сложность оборудования приводит к необходимости разработки иерархического ряда моделей устройств с исполь¬зованием упрощающих гипотез. Существенно возрастает роль качественного анализа, выявляющего главные и решающие сто¬роны изучаемых явлений и процессов, их физическую сущность.
Логическим развитием этапа внедрения вычислительной техники в электротехнику стало создание пакетов прикладных программ анализа электромагнитных полей и электрических цепей, служащих основой автоматизированного проектирова¬ния электротехнических и электронных устройств.
Обычно в теоретической электротехнике выделяют две час¬ти, связанные с отличием подходов к анализу устройств и ис¬пользуемого математического аппарата:
а) теорию электромагнитного поля (краевые задачи с урав¬нениями в частных производных);
б) теорию электрических и магнитных цепей (задача Коши с обыкновенными дифференциальными уравнениями).
Схемотехническое описание электротехнических устройств служит основой их инженерного расчета и проектирования, и поэтому указанному аспекту уделяется основное внимание при изучении дисциплины. Такая методика знакомит с тер-минологией и основами постановки теоретических задач клас¬сической электродинамики и теории электрических и магнит¬ных цепей.
Высоковольтное комплектное устройство (ВКУ) – это совокупность высоковольтных аппаратов, устройств управления, измерения, сигнализации, защиты, регулирования и так далее, смонтированных на единой конструктивной основе со всеми внутренними электрическими и механическими соединениями и конструктивными элементами.
Низковольтное комплектное устройство (НКУ) – это совокупность низковольтных аппаратов, устройств управления, измерения, сигнализации, защиты, регулирования и так далее, смонтированных на единой конструктивной основе со всеми внутренними электрическими и механическими соединениями и конструктивными элементами.
3 Классификация низковольтных комплектных устройств (НКУ)
НКУ классифицируют по следующим признакам (согласно ГОСТ 22789-94):
а) виду конструкции (открытое НКУ; НКУ, защищённые с передней стороны; НКУ закрытое со всех сторон; НКУ шкафное (шкаф); НКУ многошкафное (щит защищённый); НКУ пультовое (пульт); НКУ ящичное (ящик); НКУ многоящичное (щит многоящичный); система сборных шин (шинопровод));
б) месту установки (НКУ для внутренней установки; НКУ для наружной установки);
в) возможности перемещения (НКУ стационарное; НКУ передвижное);
г) степени защиты (степень защиты НКУ от прикосновения к токоведущим частям, попадания твёрдых посторонних тел и жидкости должна соответствовать ГОСТ 14254; для НКУ, предназначенных для эксплуатации внутри помещений и не требующих защиты от проникновения воды, рекомендуются степени защиты IP00, IP2X, IP3X, IP4X, IP5X);
д) способу установки составных частей НКУ, например, стационарные или съёмные части (степень защиты, характеризующая НКУ, как правило, относится к присоединённому положению съёмных и/или выдвижных частей, но при необходимости изготовитель указывает степень защиты для других положений; соединение вспомогательных цепей может осуществляться либо с помощью специального инструмента, либо без него, а в выдвижных частях соединение вспомогательных цепей предпочтительно осуществлять без помощи инструмента);
е) мерам защиты обслуживающего персонала (защита от поражения электрическим током).
Рисунок 1.4 – НКУ «Ассоль»
4 Условия производства и функционирования, основные показатели низковольтных комплектных устройств (НКУ)
Нормальные условия эксплуатации НКУ, соответствующие требованиям ГОСТ 22789-94, должны эксплуатироваться в указанных ниже условиях:
1) температура окружающего воздуха при установке НКУ внутри помещения должна быть не выше 40 °C. Нижний предел температуры окружающего воздуха – минус 5 °C;
2) температура окружающего воздуха при наружной установке НКУ не должна быть выше 40 °C. Нижний предел температуры окружающего воздуха: минус 25 °C – для умеренного климата и минус 50 °C – для арктического (холодного) климата;
3) атмосферные условия при установке НКУ внутри помещений. Воздух должен быть чистым, относительная влажность его не должна превышать 50 % при максимальной температуре 40 °C. При более низких температурах допускается более высокая влажность, например, 90 % при 20 °C. При изменении температуры должна быть учтена возможность образования конденсата. По согласованию между потребителем и изготовителем атмосферные условия при установке НКУ внутри помещения могут быть приняты по ГОСТ 15543.1;
4) атмосферные условия при наружной установке. Относительная влажность воздуха может достигать 100 % при максимальной температуре 25 °C;
5) высота над уровнем моря мест установки НКУ не должна превышать 2 км. В случае установки НКУ на высоте над уровнем моря свыше 1000 м необходимо учитывать снижение диэлектрической прочности изоляции и охлаждающего действия воздуха;
6) за НКУ должны изготавливаться для эксплуатации при воздействии механических факторов внешней среды по группам в соответствии с ГОСТ 17516, которые должны указываться в стандартах или технических условиях на конкретные НКУ;
7) при эксплуатации НКУ в особых условиях эти условия должны быть оговорены специальным соглашением между изготовителем и потребителем. Потребитель должен информировать изготовителя о наличии особых условий эксплуатации.
Примеры особых условий эксплуатации:
а) значения температуры, относительной влажности воздуха и/или высоты над уровнем моря, отличаются от значений, указанных в пунктах 1...6;
б) область применения, в которых изменения температуры и/или давления воздуха происходят с такой скоростью, что внутри НКУ образуется значительная конденсация;
в) сильное загрязнение воздуха пылью, наличие дыма, коррозийных или радиоактивных частиц, испарений или соли;
г) воздействие сильных электрических или магнитных полей;
д) воздействие чрезмерно высоких температур, вызываемых например, солнечным излучением или от источников с большим тепловым излучением;
е) образование плесени или нападение мелких живых существ;
ж) установка в пожаро- или взрывоопасных помещениях;
з) воздействие сильной вибрации или ударов, сейсмическое воздействие;
и) установка комплектующих элементов, например, встройка в машины или установка в нишу в стене, в условиях снижения допустимых токовых нагрузок или отключающей способности;
к) возможность влияния электрических и радиационных помех.
Условия транспортирования, хранения и установки (монтажа) являются предметом согласования между изготовителем и потребителем. Если другое не установлено, то нормированная температура при транспортировании и хранении должна быть от минус 25 до плюс 55 °C.
Оборудование, которое в нерабочем состоянии было подвержено действию экстремальных температур, не должно иметь неисправимых повреждений и должно нормально работать в установленных условиях эксплуатации.
Основные показатели НКУ:
1) номинальные напряжения НКУ характеризуют следующими номинальными напряжениями его различных цепей:
- номинальное рабочее напряжение Ue (цепи НКУ) есть значение напряжения, которое в сочетании с номинальным током этой цепи определяет основной параметр цепи НКУ. Для многофазных цепей оно является напряжением между фазами. Стандартные значения номинальных напряжений цепей управления устанавливаются стандартами на комплектующие элементы;
- номинальное напряжение изоляции Ui (цепи НКУ) есть значение напряжения, на которое эта цепь рассчитана и в соответствии с которым проводят испытания диэлектрических свойств, проверяют воздушные зазоры и длину путей утечки. Максимальное номинальное рабочее напряжение любой цепи НКУ не должно превышать его номинального напряжения изоляции. Предполагается, что рабочее напряжение любой цепи НКУ не должно даже временно превышать 110 % номинального напряжения изоляции этой цепи;
2) номинальный ток цепи НКУ устанавливается с учётом значений токов комплектующих элементов НКУ, их расположения и значения. При проведении испытаний действие тока не должно приводить к повышению температуры частей НКУ выше предельных значений;
3) номинальный кратковременно выдерживаемый ток цепи НКУ есть среднее квадратическое значение тока термической устойчивости, которое данная цепь может выдержать в течение установленного времени при условии проведения испытаний. Если другое не установлено, то это время принимают равным 1 с. Если время меньше 1 с, то должно быть установлено как значение кратковременно выдерживаемого тока, так и время его действия, например, 20 кА и 0,2 с;
4) номинальный ударный ток цепи НКУ есть значение ударного тока, электродинамическое действие которого НКУ или его часть может выдержать при условии проведения испытаний;
5) номинальный ожидаемый ток короткого замыкания (КЗ) цепи НКУ есть действующее значение этого тока, которое может быть выдержано цепью НКУ в течение определённого времени при условии проведения испытаний. Если другое не установлено, то это время принимают равным 1 с;
6) номинальный условный ток КЗ цепи НКУ есть значение ожидаемого тока, которое эта цепь, защищённая токоограничивающим коммутационным аппаратом, может выдержать в течение времени срабатывания этого аппарата при условии проведения испытаний. В цепях переменного тока значением номинального условного тока КЗ является действующее значение составляющей переменного тока;
7) номинальный ток КЗ, вызывающий плавление предохранителя в цепи НКУ есть номинальный условный ток КЗ цепи НКУ, значение которого ограничивается плавлением предохранителя;
8) номинальный коэффициент одновременности НКУ или части НКУ, имеющей несколько главных цепей (например, в секции или подсекции), есть отношение наибольшей суммы допустимых токов всех одновременно действующих, токов главных цепей, взятых в любой момент времени, к сумме номинальных токов всех главных цепей НКУ или отдельной части НКУ.
Номинальный коэффициент одновременности, установленный потребителем, должен учитываться при проведении испытаний на превышение температуры. При отсутствии данных о действительных токах рекомендуется значения коэффициента одновременности принимать в соответствии с таблицей
9)номинальная частота НКУ есть значение частоты, на которое НКУ рассчитано и которое соответствует условиям его работы. Если цепи НКУ рассчитаны на несколько различных частот, то должны быть указаны номинальные частоты каждой цепи.
5 Система государственной стандартизации
Единые государственные системы стандартов обеспечивают единообразие и наивысшую эффективность проведения важнейших видов работ, общих для различных отраслей народного хозяйства. К подобным системам относятся Государственная система стандартизации (ГСС), Единая система конструкторской документации (ЕСКД), Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП), Единая система технологической документации (ЕСТД), Единая система классификации и кодирования технико-экономической информации, Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), Государственная система стандартов безопасности труда (ГССБТ) и др.
Рассмотрим некоторые из них.
Единая десятичная система классификации и кодирования технико-экономической информации - совокупность правил, определяющих распределение объектов по классам (классификационным группам) на основании общих признаков, присущих объектам данного рода и отличающих их от других. В основу классификации закладывается логическая последовательность признаков, следовательно, процесс кодирования предмета существенно упрощается, так как он осуществляется в однозначном соответствии с принятой системой классификации.
Огромные масштабы производства и связанное с этим увеличение потоков информации требуют оперативной ее обработки для планирования, учета и эффективного управления деятельностью предприятий и отраслей. Этой цели служит общегосударственная автоматизированная система сбора и обработки информации на базе государственной системы вычислительных центров и единой автоматической сети связи страны.
Кодирование технико-экономической информации на основе системы классификации позволяет непосредственно по коду объекта судить о его характеристиках (конструкциях, технологических, эксплуатационных).
Разработанный у нас в стране Общесоюзный классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП) внедряется в практику планирования, учета и управления народным хозяйством. Иначе говоря, ОКП – это своеобразный словарь, предназначенный для кодирования продукции (изделий) цифровыми кодами для последующей машинной обработки. Основой ОКП является Единая десятичная система классификации промышленной и сельскохозяйственной продукции (ЕДСКП).
Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Эта система устанавливает для всех организаций страны порядок организации проектирования, единые правила выполнения и оформления чертежей и ведения чертежного хозяйства, что упрощает проектно-конструкторские работы, способствует повышению качества и уровня взаимозаменяемости изделий и облегчает чтение и понимание чертежей в разных организациях. Основные части:
ГОСТ Основные положения
ГОСТ Классификация и обозначение изделий в конструкторских документах;
ГОСТ Общие правила выполнения чертежей;
ГОСТ Правила выполнения чертежей различных изделий;
ГОСТ Правила выполнения схем;
Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП). Важнейшим этапом обеспечения высокого качества продукции является технологическая подготовка производства (ТПП).
В процессе изготовления изделий производится доводка их качества. Единая система подготовки производства включает комплекс стандартов, устанавливающих современные методы решения задач технологической подготовки производства, и решает следующие задачи:
а) технологический анализ изделия;
б) планирование, учет и управление ТПП;
г) разработка комплекса технологических процессов;
д) построение системы контроля качества;
е) проектирование и изготовление средств производства;
Единая система технологической документации представляет собой комплекс государственных стандартов, устанавливающих:
а) формы документации общего назначения
б) правила оформления технологических процессов и формы документации для процессов литья, механической и термической обработки, сварочных работ и др.
Существует тесная связь между ЕСТД и ЕСКД. Эти системы играют большую роль в улучшении управления производством, повышении его эффективности, во внедрении автоматизированных систем управления и т. д.
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Основными объектами стандартизации ГСИ являются:
а) единицы физических величин;
б) государственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы;
в) методы и средства поверки средств измерений;
г) нормы точности измерений;
д) методика выполнения измерений и т.д.
К другим вспомогательным стандартам в области качества относятся:
а) ISO 10011 – Руководящие указания по проверке системы качества.
Данная группа является нормативной базой для органов, осуществляющих проверку системы качества предприятия (в том числе и при проведении сертификационного аудита);
б) ISO 10012 – Требования, гарантирующие качество измерительного оборудования.
в) ISO 10013 – Руководящие указания по разработке руководств по качеству.
г) ISO 8402 – Управление качеством и обеспечение качества: Словарь.
Разработка единой системы менеджмента качества, как в регулируемой, так и в нерегулируемой государственным законодательством областях производства продукции, способствует тому, чтобы сократить общее количество (и весьма значительное) различных стандартов, предписаний, положений и других документов, часто противоречивых, которые производитель должен выполнять и которые, в силу их количества и противоречивости, он часто не в состоянии выполнить.
Таким образом, активизация деятельности субъектов отечественной экономики на формируемом национальном рынке в области управления качеством и конкурентоспособностью продукции и услуг создали объективные предпосылки для развития стандартизации требований к системам качества. Одновременно возникла необходимость создания национальных стандартов, определяющих правила и процедуры проведения сертификации систем качества продукции, работ и услуг. Введение в стране этих серий национальных стандартов способствует повышению конкурентоспособности отечественной продукции, работ и услуг, создает условия для реализации прав российских граждан на их безопасность, дополняет механизм реализации законодательных актов в области стандартизации и сертификации.
6 Процесс проектирования электротехнических устройств
как технических систем
Сложность объектов и задач проектирования ЭС делает прак¬тически невозможной реализацию одноэтапных процессов реше¬ния этих задач. Здесь также необходимо применение идей и мето¬дов декомпозиции. Поэтому процесс проектирования ЭС, как правило, осуществляется в несколько этапов. На каждом этапе решается сравнительно простая задача проектирования, а резуль¬таты решения на предыдущих этапах используются в качестве дополнительной исходной информации для последующих. Меж¬ду этапами могут быть итерационные связи. Для примера рас-смотрим последовательный многоэтапный процесс проектирова¬ния самолетных ЭЭС.
Проектирование ЭЭС в соответствии со стандартными этапа¬ми проектирования более или менее сложных технических объектов начинается с формирования технического задания (ТЗ) и технического предложения. ТЗ определяет основное назначение объекта проектирования, его основные тактико-технические дан¬ные и предъявляемые технико-экономические требования и усло¬вия проектирования и производства. Применительно к самолет¬ным ЭЭС ТЗ включает перечень основных функциональных узлов самолета и их функциональные характеристики, которые должны быть реализованы с помощью ЭЭС, а также основные техни¬ко-экономические требования к ЭЭС и самолету в целом. Исход¬ной информацией для составления ТЗ являются: данные об ана¬логах и прототипах объекта проектирования; наилучшие показа¬тели, достигнутые в мировой практике для соответствующего класса объектов; конструктивные и технологические возможно¬сти реализации; государственные и отраслевые стандарты; усло¬вия функционирования объекта проектирования, включая воздей¬ствие внешней среды, и т.п. ТЗ может дополняться и коррек-тироваться на ближайших последующих этапах проектирования.
Техническое предложение разрабатывается на основе ТЗ, углу¬бляет содержание отдельных разделов ТЗ и добавляет новые разделы по описанию и сравнительной оценке отдельных принци¬пиально возможных вариантов построения ЭЭС, оценке харак¬теристик и технико-экономических показателей рациональных вариантов, уточнению работ на следующих этапах проектирова¬ния и производства, составлению заданий и требований к выпол¬нению этих работ. В результате разработки технического пред¬ложения накапливается информация о ряде целесообразных принципиальных проектных решений, которые принимаются к дальнейшему рассмотрению. Несмотря на это, во многих слу¬чаях допускается исключение этапа технического предложения и непосредственный переход к следующему этапу эскизного про¬ектирования.
Эскизное проектирование является тем этапом, на котором осуществляется окончательный выбор принципиальных решений и конечного варианта объекта проектирования, дается техни¬ко-экономическое обоснование принятого варианта. Наряду с вы¬бором принципиального облика ЭЭС начинается детализация объекта проектирования, его характеристик и показателей. На этом этапе наряду с расчетными работами могут создаваться, а в случае необходимости и испытываться макеты ЭЭС или ее отдельных частей и узлов, проводиться экспериментальные ис-следования аналогов и прототипов и т.п. Кроме того, начинает¬ся рассмотрение вопросов эксплуатационного и организацион¬ного характера. К ним относятся вопросы, связанные с выбором основных функциональных режимов, методов и средств управле¬ния, контроля и профилактики, определением правил обслужива¬ния и ремонта, оценкой экономической эффективности и т.п.
7 Цели и основные задачи проектирования ЭТУ
Проектирование (конструирование) электротехнических устройств является областью инженер¬ной деятельности, наиболее сложной для автоматизации. Разработка теории и методов автоматизации конструиро¬вания находится еще в начальной стадии. Автоматизированы главным образом различные вычислительные операции, связанные с конструированием.
Задачей автоматизации проектирования является создание комплексных автоматизированных систем подготовки производства в машиностроении, выполняющих кроме расчета выбор наиболее рациональных технологических и конструктор¬ских решений, компоновку машин из составляющих их элементов, подбор этих элементов, технологическое про¬ектирование, выдачу проектной документации в готовом виде и т.п.
Рисунок 1.8 - Комплексная автоматизированная система управления
В этой системе на базе единой БД (база данных) под управлением АСУ (автоматическая система управления) в непрерывном потоке функционирует комплекс превращения ТЗ (техническое задание) готовое изделие. В системе информация о ТЗ, обрабатываясь в АСНИ (автоматизированные системы научных исследований), превращается в комплекс автоматизации, осуществленный в виде подпрограмм обработки, сборки, транспортировки отдельных деталей и узлов.
АСТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства) обеспечивает подготовку технологического оборудования, оснастки, выбора режимов обработки, т.е. подготовку технологического процесса для ГАП (главный архитектор проекта).
Подсистема ГАП выполняет обработку, измерение, транспортировку готового изделия, контроль функционирования технологического оборудования и смену инструмента. АСИ (агентство социальной информации) обеспечивает требуемый объем испытаний готовых изделий.
Только высокопроизводительные ПЭВМ, а также локальные сети обеспечивают экономическую целесообразность их применения для управления производственными линиями, участками, цехами.
Автоматизация про¬ектирования – это область эффективного использования ЭВМ. Но в то же время становится ясным, что главное направление здесь – не автоматизация отдельных этапов проектирования, не алгоритмы инженерных расчетов, а завязка проекта, когда только прорисовываются кон¬туры будущей конструкции, которая должна отвечать исходным замыслам. Такой подход основывается на стрем¬лении осуществить основную задачу – повысить качество принимаемых проектных решений за счет применения ме¬тодов оптимального проектирования.
Автоматизация же «рутинных» операций освобождает конструктора для творческой деятельности и повышает производительность процесса проектирования на офор¬мительских этапах работ. Однако автоматизация только отдельных операций, например, за счет введения чертеж¬ных автоматов или широкого использования ЭВМ для проведения инженерных расчетов не вносит существенных изменений в сроки проектирования.
Рисунок 1.9 – Коммерческое и не коммерческое программное обеспечение
Основным технологическим средством автоматизации проектирования в машиностроении является цифровая ЭВМ, оперирующая с информацией, представленной в циф¬ровой форме и физически существующей в виде различ¬ных состояний их элементов. Поэтому возникает необхо¬димость в разработке методов превращения разнообразной конструкторской документации в цифровую форму и пред¬ставлении всех задач и элементов процесса проектирования только в виде операций над числами и логическими вы¬ражениями с доведением их до алгоритмов и машинных программ. Но при автоматизации проектно-конструкторского процесса следует постоянно помнить, что ЭВМ – это вспомогательное средство, а не замена конструкто¬ра. Наиболее эффективно вычислительная техника может быть использована, когда имеются математические модели, описывающие объект проектирования и имитирующие его функционирование в заданной окружающей среде.
Для действительного эффективного использования ав¬томатизированных методов и средств проектирования не¬обходимо учитывать, что любой эксперт, в том числе и генеральный конструктор, обладает вполне определенными и, к сожалению, весьма ограниченными физиологическими возможностями обработки информации. Следовательно, необходима декомпозиция проблемы. Последнее означает, что для автоматизации требуется система процедур, позволяющая конструктору на основе ограниченной ин¬формации вести направленный поиск оптимальных пара¬метров новых технических средств.
Основная проблема автоматизации проектирования в настоящее время связана не только и не столько с во¬просами совершенствования средств вычислительной тех-ники, сколько с тем обстоятельством, что в науке о кон¬струировании новых технических средств не выявлены аналитические и логические зависимости, связывающие назначение технических средств с их структурой и харак¬теристиками. Например, в технологической науке отсут¬ствуют формализованные взаимосвязи между параметрами обрабатываемой детали, структурой и характеристиками технологического процесса.
8 Структура современного проектирования электротехнических устройств (ЭТУ)
9 Иерархия решения проектных задач
Проектирование выступает как комплексная проблема, в которой в сложной взаимосвязи переплетаются задачи синтеза, моделирования, анализа, оценки, оптимизации и отбора альтернатив. Для решения таких сложных задач необходимо применение методологии системного подхода.
Определяющим этапом проектирования является по¬становка общей задачи (рисунок 2.1), при которой формулируется слу¬жебное назначение (функция) технической системы и вырабатывается концепция проекта на основе анализа системной модели буду¬щего технического сред¬ства как элемента подсис¬темы более высокого уро¬вня иерархии. Адекватное описание такой модели возможно только при все¬стороннем рассмотрении проблемы, для решения которой создается новое техническое средство. На¬пример, для решения про¬блемы комплексной меха¬низации и автоматизации механосборочного произ¬водства необходимо созда¬ние целого ряда машин и механизмов, в том числе металлорежущих станков, сборочных агрегатов, тран¬спортных средств, загру¬зочных устройств, информационно-измерительных систем, систем инструмен¬тального обеспечения и др. Следовательно, системная модель технологической машины, например, должна отражать взаимосвязи объекта не только с подобными машинами по структуре технологического процесса, но и с загрузочными, транспортными, измерительными и другими элементами всего производственного комплекса.
На следующем этапе необходимо выполнить анализ общей задачи проектирования (рисунок 2.2). Здесь на основе рассмо¬трения системной модели будущего технического средства выявляются связи объекта проектирования с окружаю¬щей средой, определяются компоненты проектной за¬дачи, ограничения и критерии выбора рациональных ва¬риантов. Результаты данного этапа служат для поиска пу¬тей дальнейшего хода решения проектных задач. Если уда¬ется использовать имеющееся техническое средство, то конструкторский процесс не выполняется. Найденные аналоги могут лечь в основу будущей конструкции. Но может случиться и так, что в процессе анализа задачи проектирования выявится невозможность использования существующих технических возможностей для решения проблемы. Тогда постановка задачи должна быть изме¬нена, например, разбита на подзадачи.
Результаты этого этапа не¬обходимы в первую очередь для объективного разбиения задачи проектирования на части и определения стратегии решения общей задачи.
Каждый элемент структуры объекта проектирования представляется в виде системной модели; его служебное назначение описывается как функция элемента многоуров¬невой системы. Затем проводится исследование объекта проектирования, выявляются и описываются внешние и внутренние связи его системной модели. При этом требуется проведение целого ряда научно-исследователь¬ских работ, под которыми подразумевается не только ана¬лиз литературных источников, но и эксперименты на на¬турных образцах.
Весьма важным является следующий этап – формали¬зация объекта проектирования. От полноты формального описания объекта зависит выбор метода решения задачи, а, следовательно, определяется возможность применения при проектировании средств вычислительной техники. Если задача не формализована, то конструктор в дальней¬шем пользуется одним из эвристических методов решения задачи. Когда задача формализована полностью, т.е. имеется полная математическая модель объекта проектиро¬вания, ее можно решать с помощью ЭВМ автоматически. Если же задача формализована частично, т.е. не все связи системной модели удалось выразить в виде аналитических и логических зависимостей, то разрабатывается так назы¬ваемый диалоговый метод решения, включающий вариант математической модели объекта и сценарий взаимодейст¬вия конструктора и ЭВМ.
После выбора одного из алгоритмических методов реше¬ния весь процесс проектирования можно формализовать и разработать алгоритмы автоматизированного конструи¬рования.
Перед программированием больших проектно-конструкторских задач необходима разработка информацион¬ного обеспечения автоматизированного проектирования, которое должно снабжать все проектные процедуры тре¬буемой постоянной и переменной информацией для безостановочной работы программ ЭВМ. После программи¬рования проектной задачи выбираются необходимые технические средства, на которых и решается задача. Ре¬зультаты проектно-конструкторского процесса докумен¬тируются в виде текстовых и графических материалов.
Разработка процесса автоматизированного проек¬тирования требует тесного сотрудничества ученых и ин¬женеров разных специальностей – конструкторов, ма-тематиков, специалистов по автоматизированной обра¬ботке информации, программистов, электронщиков и ор¬ганизаторов производства (рисунок 2.3).
Следовательно, для наиболее полного и эффективного использования вычислительной техники в проектно-конструкторской деятельности инженеров необходимы глубо¬кие знания разработчиков по вопросам теории проекти¬рования, конструирования заданного семейства машин, математического моделирования, использования вычисли¬тельных методов решения проектных задач, теории ав-томатизированной переработки информации и применения современных вычислительных средств.
10 Стадии и этапы проектирования, условия и ограничения
Согласно ГОСТ 2.103-68 этапы проектно-конструкторской работы и стадии разработки конструкторской документации выполняются в последовательности, показанной на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Стадии и этапы проектирования
Рассмотрим вкратце содержание этапов и совокупность разрабатываемой конструкторской документации (КД) применительно к объекту проектирования (ОП).
Техническое задание (ТЗ) – документ, с которого начинается разработка любого ОП, устанавливающий его основное назначение, область применения, технические и технико-экономические показатели качества, состав, условия и режимы эксплуатации, этапы и сроки выполнения работ.
ТЗ составляется организацией-заказчиком при возможном участии и согласовании с организацией-исполнителем. Основные требования к ТЗ изложены в ГОСТ 15.001-73.
Техническое предложение (ТП) – совокупность КД, разрабатываемой с целью выявления возможных вариантов технических решений и уточнения ТЗ, которая содержит, технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации ОП на основе анализа ТЗ и различных вариантов возможных решений; сравнительную оценку решений с учетом конструкторских и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и аналогичных существующих ОП, а также тенденций и перспектив их развития; результаты проверки вариантов на патентоспособность, патентную чистоту и конкурентоспособность; предварительную оценку технологичности вариантов конструкции, соответствие их требованиям стандартизации, унификации, техники безопасности и т.п.
На этом этапе выполняются расчеты, подтверждающие работоспособность того или иного решения. Некоторые решения проверяются путем экспериментальных исследований на макетах.
Выпускаемая на этом этапе КД содержит функциональные схемы возможных вариантов решений ОП, упрощенные чертежи общего вида, ведомость технического предложения, патентный формуляр, пояснительную записку. Объем работ по этому этапе отражен в ГОСТ 2.118-73.
Эскизный проект – совокупность КД, разрабатываемой с целью получения принципиальных конструктивных решений выбранного варианта ОП. Он дает общее представление о принципе работы и устройстве прибора, его основных характеристиках. На этом этапе выполняются все необходимые расчеты ОП: параметрический, светотехнический, точностной и др.
Выпускаемая КД содержит: основные схемы ОП (кинематическую, электрическую), чертежи общего вида (с возможными упрощениями) и наиболее важных сборочных единиц, дающие представление о компоновке прибора и взаимодействии его частей; пояснительную записку с результатами расчетов, сведениями о технико-экономических характеристиках ОП, дополнительными результатами патентных исследований и т.д. Объем работ этого этапа отражен в ГОСТ 2.119-73.
Технический проект – совокупность КД, которая содержит окончательное техническое решение, дающее полное представление о конструкции ОП. На этом этапе производится более подробная разработка конструкции всего прибора и его составных частей; разрабатываются принципиальные схемы, схемы соединений; составляется номенклатура покупных изделий; согласуются габаритные, установочные и присоединительные размеры; производится анализ технологичности, определяется технологическое оборудование, разрабатывается необходимая оснастка; принимаются решения о выборе средств контроля, монтаже, хранении и транспортировке ОП.
Выпускаемая КД: чертежи общего вида и сборочных единиц, габаритный чертеж, чертежи всех схем, ведомость покупных изделий, патентный формуляр, пояснительная записка и др. Объем работ этого этапа в ГОСТ 2.120-73.
Рабочий проект – полный комплект КД, достаточный для изготовления и эксплуатации ОП. На этом этапе выполняют чертежи всех деталей конструкции прибора; разрабатывают требования и методику его сборки, юстировки и испытания; составляют техническое описание и инструкцию по эксплуатации прибора, его формуляр и технический паспорт (в нем содержатся сведения о характеристиках ОП, результаты его испытания, состав комплекта, гарантии и т.п.); на сложные и ответственные детали разрабатывают технологические процессы их изготовления, составляют технические условия, содержащие требования, отсутствующие в чертежах, но необходимые для изготовления и отладки ОП; составляют ведомости покупных изделий, марок и сортаментов материалов, запасных инструментов, принадлежностей и т.п.
В ответственных случаях, для выявления возможных ошибок в рабочих чертежах деталей, производят так называемые «контрольные сборки» – сборочные чертежи всего прибора или его основных узлов, выполненные по конкретным размерам, считанным с рабочих чертежей сопрягаемых деталей.
После подготовки и утверждения КД переходят к этапу изготовления и испытания проектируемого прибора. В случае, когда планируется не единичное, а серийное его производство, изготавливается опытный образец или опытная партия приборов. Всесторонние испытания изготовленных образцов позволяют сделать заключение о соответствии прибора ТЗ, выявить возможные недостатки проекта и устранить их путем корректировки или доработки КД.
Следует заметить, что не все из перечисленных этапов обязательны к выполнению как самостоятельные, например, может быть исключен эскизный проект, объединены технический и рабочий проекты.
11 Разработка технического задания
Техническое задание (ТЗ) – документ, с которого начинается разработка любого ОП, устанавливающий его основное назначение, область применения, технические и технико-экономические показатели качества, состав, условия и режимы эксплуатации, этапы и сроки выполнения работ.
ТЗ составляется организацией-заказчиком при возможном участии и согласовании с организацией-исполнителем. Основные требования к ТЗ изложены в ГОСТ 15.001-73.
Техническое задание (ГОСТ Р 15.201-2000) разрабатывают на основе исходных требований, а также на осно¬ве результатов выполненных научно-ис¬следовательских и экспериментальных работ, научного прогнозирования, ана¬лиза передовых достижений отечест¬венной и зарубежной техники, перспек¬тивных типажей и систем машин, обо¬рудования и другой техники, изучения патентной документации, а на продук¬цию, предназначенную для экспорта, – с учетом внешнего рынка.
Техническое задание на продукцию машиностроения, имеющую важное народно-хозяйственное значение, разра¬батывают на основе аванпроекта, выполненного разработчиком по зада¬нию заказчика в целях технико-экономи¬ческого обоснования создания продук¬ции и изыскания путей реализации в разработке высокоэффективных техни¬ческих решений.
Техническое задание должно содер¬жать необходимые и достаточные требо¬вания для разработки продукции и не ограничивать инициативу разработчика при поиске и выборе им оптимального решения поставленной задачи.
Техническое задание является исход¬ным документом для разработки про¬дукции и технической документации на нее. Техническое задание на продук¬цию, разрабатываемую и выпускаемую по документации, предусмотренной стандартами ЕСКД, должно состоять из следующих разделов: наименование и область применения (использования), основание для разработки, цели и назна¬чение для разработки, источники разра¬ботки, технические требования, эконо¬мические показатели, стадии и этапы разработки, порядок контроля и при¬емки, приложения.
Техническое задание оформляют в соответствии с общими требованиями к текстовым конструкторским докумен¬там по ГОСТ 2.105-95 на листах форма¬та А4 без рамки, основной надписи и дополнительных граф к ней.
В разделе «Технические требования» указывают требования и нормы, опреде-ляющие показатели качества и эксплуа¬тационные (потребительские) характери¬стики продукции с учетом действую¬щих стандартов и норм, а также совре¬менного технического уровня.
Раздел в общем случае должен состо¬ять из следующих подразделов:
а) состав продукции и требования к конструкторскому устройству;
б) назначение и экономное использо¬вание сырья, материалов, топлива, энер¬гии;
в) требования к надежности;
г) требования к технологичности и метрологическому обеспечению разра¬ботки;
д) требования к унификации и стан¬дартизации;
е) требования к безопасности и охране природы;
ж) эстетические и эргономические требования;
з) требования к патентной чистоте;
и) требования к составным частям продукции, сырья, неходовым и экс-плуатационным материалам;
к) условия эксплуатации (использо¬вания), требования к техническому обслуживанию и ремонту;
л) дополнительные требования;
м) требования к маркировке и уста¬новке;
н) требования к транспортированию и хранению;
о) требования к категории качества.
В подразделе «а» указывают наиме¬нование, количество и назначение основных составных частей продукции, конструктивные требования к продук¬ции и составным частям (габаритные, установочные, присоединительные раз¬меры, способы крепления, регулировки органов управления, соответствие образ¬цов эталонам, виды покрытий и т.п.), требования к монтажной пригодности, массу продукции и, при необходимо¬сти, ограничение массы отдельных составных частей, удельную материало¬емкость, требования к средствам защиты (от влаги, вибрации, шума, вредных испарений, коррозии, микроорганизмов и др.), требования к взаимозаменяемо¬сти продукции и ее составных частей, устойчивость к моющим средствам, топ¬ливу, маслам и др., требования к виду и составу запасных частей инструмента и принадлежностей.
В подразделе «б» указывают основ¬ные технические параметры продукции, определяющие ее целевое использова¬ние, а также свойства, отражающие ее техническое совершенство по уровню или степени потребляемого сырья, мате¬риалов, топлива и энергии при эксплуа¬тации или потреблении. Например, мощность, производительность, чувстви¬тельность, удельный расход сырья (материалов), топлива, энергии, коэффи¬циент полезного действия.
Подраздел «ж» должен отражать тре¬бования технической эстетики, а также эргономические требования: удобство обслуживания, комфортабельность, уси¬лия, требуемые для управления и обслу¬живания, и т.п.
В подразделе «и» приводят требова¬ния к сырью, жидкостям, смазкам, краскам и другим материалам, намечае¬мым для применения в составе продук¬ции, а также при ее изготовлении и эксплуатации, физико-химические, механические и другие свойства мате¬риалов (прочность, твердость, шерохова¬тость поверхности и др.), ограничение в применении составных частей, воз¬можность применения и ограничения в применении дефицитных материалов и сплавов и др.
В подразделе «к» должны быть опи¬саны условия эксплуатации, при кото¬рых обеспечивается использование про¬дукции: допустимое воздействие клима¬тических условий (температуры, влаж¬ности, пыли, агрессивных сред) и др. В разделе технического задания «Экономические показатели» указы¬вают ориентировочную эффективность и срок окупаемости затрат на разработку и освоение производства продукции, лимитную цену, предполагаемую годо¬вую потребность продукции, а также экономические преимущества разраба¬тываемой продукции по сравнению с лучшими отечественными и зарубеж¬ными образцами.
При разработке технического зада¬ния разработчик учитывает информа¬цию об аналогичной продукции, содер¬жащуюся в базах данных Госстандарта России.
В техническом задании рекоменду¬ется предусматривать следующие поло¬жения:
а) прогноз развития требований на дан¬ную продукцию на предполагаемый период ее выпуска;
б) рекомендуемые этапы модернизации с учетом прогноза на развитие требова-ний;
в) соответствие требованиям стран предполагаемого экспорта;
г) характеристики ремонтопригодности;
д) доступность и безопасность эффектив¬ного использования продукции инвалида-ми и гражданами пожилого возраста.
Техническое задание является исход¬ным документом для разработки новых и модернизации существующих электроизделий и технической документации на них. Требования к продукции должны быть приведены в техническом задании с учетом действующих государствен¬ных стандартов, а также рекомендаций международных организаций (ИСО, МЭК и т.п.).
12 Технический проект
Технический проект – совокупность КД, которая содержит окончательное техническое решение, дающее полное представление о конструкции ОП. На этом этапе производится более подробная разработка конструкции всего прибора и его составных частей; разрабатываются принципиальные схемы, схемы соединений; составляется номенклатура покупных изделий; согласуются габаритные, установочные и присоединительные размеры; производится анализ технологичности, определяется технологическое оборудование, разрабатывается необходимая оснастка; принимаются решения о выборе средств контроля, монтаже, хранении и транспортировке ОП.
Выпускаемая КД: чертежи общего вида и сборочных единиц, габаритный чертеж, чертежи всех схем, ведомость покупных изделий, патентный формуляр, пояснительная записка и др. Объем работ этого этапа в ГОСТ 2.120-73.
Разработка конструкторской докумен¬тации в общем случае проводится в несколько стадий: техническое предло¬жение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская доку¬ментация (ГОСТ 2.103-68).
При разработке электротехнической и электронной продукции конструктор¬ская документация выполняется в две стадии: эскизный или технический про¬ект и рабочая документация. При нали¬чии предварительной проработки или создании модернизируемых изделий разрабатывают только рабочую доку¬ментацию.
Эскизный (технический) проект дол¬жен содержать художественно-конструк-торскую часть, которую выполняет орга¬низация (предприятие) – разработчик конструкторской документации или спе¬циализированная художественно-конст-рукторская организация.
Неотъемлемыми частями художест¬венно-конструкторской разработки явля¬ются макет изделия в натуральную величину с имитацией отделки внешне¬го вида, карта вариантов цветофактурного решения отделки изделия (при необ¬ходимости), а также макет индивидуаль¬ной упаковки, если она предусмотрена.
Техническая документация подвер¬гается экспертизе. Экспертизу докумен¬тации проводят ведущие (головные) организации по виду продукции одно¬временно с экспертизой потребитель¬ских свойств изделий. На экспертизу технической документации электробытовых изделий направляют копию техни¬ческого задания, чертеж общего вида, габаритный чертеж, пояснительную записку, принципиальные схемы, карту технического уровня и качества продук¬ции, патентный формуляр или отчет о патентных исследованиях, макет внеш¬него вида или его цветные фотографии.
Экспертизу технической документа¬ции проводят для определения соответ¬ствия разрабатываемой продукции тех¬ническому заданию и необходимому техническому уровню, включая степень унификации и стандартизации.
Стадии разработки, на которых про¬водят экспертизу, виды продукции, документацию которой подвергают экс¬пертизе, устанавливают ведущие мини¬стерства или ведущие организации. Результаты экспертизы должны учиты¬ваться при разработке технической доку¬ментации.
После завершения разработки необ¬ходимой технической документации и передачи ее на предприятие-изготови¬тель организация-разработчик осущест¬вляет авторский надзор за освоением и производством продукции.
Целью авторского надзора является обеспечение реализации технических решений, предусмотренных техниче¬ской документацией, и своевременного устранения выявленных недостатков продукции и технологического процесса.
Объектами авторского надзора явля¬ются продукция или ее составные части, техническая документация, материалы, полуфабрикаты и комплектующие изде¬лия, применяемые при изготовлении продукции, технологический процесс, метрологическое обеспечение.
Необходимость авторского надзора устанавливается по согласованию разра-ботчика и изготовителя.
13 Рабочий проект
Рабочий проект – полный комплект КД, достаточный для изготовления и эксплуатации ОП. На этом этапе выполняют чертежи всех деталей конструкции прибора; разрабатывают требования и методику его сборки, юстировки и испытания; составляют техническое описание и инструкцию по эксплуатации прибора, его формуляр и технический паспорт (в нем содержатся сведения о характеристиках ОП, результаты его испытания, состав комплекта, гарантии и т.п.); на сложные и ответственные детали разрабатывают технологические процессы их изготовления, составляют технические условия, содержащие требования, отсутствующие в чертежах, но необходимые для изготовления и отладки ОП; составляют ведомости покупных изделий, марок и сортаментов материалов, запасных инструментов, принадлежностей и т.п.
В ответственных случаях, для выявления возможных ошибок в рабочих чертежах деталей, производят так называемые «контрольные сборки» – сборочные чертежи всего прибора или его основных узлов, выполненные по конкретным размерам, считанным с рабочих чертежей сопрягаемых деталей.
После подготовки и утверждения КД переходят к этапу изготовления и испытания проектируемого прибора. В случае, когда планируется не единичное, а серийное его производство, изготавливается опытный образец или опытная партия приборов. Всесторонние испытания изготовленных образцов позволяют сделать заключение о соответствии прибора ТЗ, выявить возможные недостатки проекта и устранить их путем корректировки или доработки КД.
Следует заметить, что не все из перечисленных этапов обязательны к выполнению как самостоятельные, например, может быть исключен эскизный проект, объединены технический и рабочий проекты.
14 Рабочие чертежи
Конструкторская документация опре¬деляет устройство и состав изделия, содержит необходимые данные для его изготовления, контроля, приемки, экс¬плуатации и ремонта.
Конструкторские документы в зави¬симости от представленной в них информации подразделяют на графиче¬ские (чертежи и схемы) и текстовые (спецификации, пояснительные записки, расчеты, ведомости, инструкции, техни¬ческие условия и т.п.).
В графическом конструкторском документе основная информация о тех¬ническом предмете представлена в виде графического изображения, выполнен¬ного черным цветом с помощью линий, штрихов и точек. Информация о пред¬мете в виде графического изображения наиболее удобна при рассмотрении уст¬ройства и принципа действия изделия, взаимного расположения и устройства его составных частей, геометрической формы деталей. Часто графическая информация сопровождается текстовой или знаковой (знаки и цифры) информа¬цией. Текстовые документы содержат речевую описательную информацию, а также расчеты и их результаты. Тек¬стовый документ оформляется в виде сплошного текста или текста, разбитого на графы (спецификации, ведомости, таблицы и т.п.).
Стандарты ЕСКД (ГОСТ 2.102-68) предусматривают номенклатуру конст¬рукторских документов. Наиболее упот¬ребительными документами являются чертеж общего вида, чертеж детали, спе¬цификация, сборочный чертеж, схема, пояснительная записка, расчеты.
15 Системный анализ проектной ситуации
На этапах технического предложения и эскизного проекта последовательно решаются следующие проектные задачи.
1 Анализ и выбор приемников электроэнергии (ПЭ). Исходной информацией для решения этой задачи являются функциональ¬ные требования, для выполнения которых предназначена ЭЭС, а также справочно-нормативные данные по электрооборудова¬нию, с помощью которого выполняются эти требования. Так, например, самолетная ЭЭС должна обеспечить функционирова¬ние электромеханизмов, освещение, нагрев, радиосвязь, радиоло¬кацию, навигацию, системы управления и т.п. В соответствии с мно¬гофункциональным назначением ЭЭС ПЭ на самолетах груп¬пируются по следующим видам: электропривод; светотехни-ческое оборудование; приборы контроля работы силовых устано¬вок; средства радиосвязи; бор¬товые системы управления полетом и т.д.
При выборе указанных видов ПЭ следует учитывать не толь¬ко функциональные требования к самолету в целом, но и требо¬вания к его отдельным узлам и блокам. К такого рода требова¬ниям относятся:
а) минимальные массы, габариты и стоимости;
б) высокая надежность и безотказность функционирования;
в) изменения температуры от + 60 °С до – 60 °С и влажности до 100 % и т.д.
Выбор каждого конкретного ПЭ является далеко не однозначным. Так, например, известно, что одни и те же электромеханизмы для привода органов управления самоле¬том и шасси, насосов, лифтов, нагнетателей и других агрегатов могут быть принципиально приведены в действие электродвига¬телями различных типов: постоянного тока, синхронными, асинх¬ронными, постоянной и переменной частоты. В ряде случаев (интегральный электропривод, насосы и т.п.)
Таким образом, решение данной задачи оформляется в виде перечня одновариантных и многовариантных ПЭ с указанием основных показателей для каждого варианта.
На базе перечня ПЭ составляются заявки на потребление электроэнергии с учетом всех возможных режимов работы, вклю¬чая аварийные режимы
2 Структурно-параметрический синтез ЭЭС. Исходная инфор¬мация для решения этой задачи расширяется за счет информации о ПЭ, полученной при решении предыдущей задачи. В простей¬шем случае, когда все ПЭ определены однозначно, все равно выбор структурно-параметрического облика ЭЭС является мно¬говариантным. Дело в том, что параметры электропитания ПЭ отличаются большим многообразием, особенно радиоэлектрон¬ное оборудование. Если ПЭ поставить в соответствие аналогич¬ное многообразие источников питания, то число последних будет недопустимо большим. Поэтому источники питания различают¬ся как первичные и вторичные. Первичные источники генерируют электрическую энергию, а вторичные преобразуют ее в электро¬энергию с нужными параметрами. Иногда применяются смешанные си¬стемы, имеющие как источники постоянного тока, так и источ¬ники переменного тока. Все ПЭ, которых не удовлетворяют параметры первичных источников, получают питание от вторич¬ных источников: трансформаторов, трансформаторно-выпрямительных блоков, статистических преобразователей.
Таким образом, даже при однозначном выборе всех ПЭ вы¬бор первичных и вторичных источников является многовариант¬ным. В этой ситуации для выбора конечного варианта привлекаются методы критериального анализа и отбора. При синтезе самолетных ЭЭС используется ряд критериев: минимум массы, габаритов, стоимости, максимум надежности и безотказ¬ности. Следовательно, в общем случае задача структурно-пара¬метрического синтеза ЭЭС относится к многокритериальным задачам оптимизации. В результате ее решения должны быть однозначно выбраны как все первичные и вторичные источники питания, так и ПЭ, а также привязка каждого ПЭ к тому или иному источнику.
3 Выбор и размещение узловых точек ЭЭС. Решение пре¬дыдущей задачи позволяет построить структурную схему ЭЭС, которая показывает направления передачи электроэнергии от первичных источников ко вторичным и ПЭ. Однако структурная схема, отображая лишь энергетические связи, не учитывает ре¬альных путей подключения ПЭ к источникам в пределах монтаж¬ного пространства. Обычно ПЭ питаются электроэнергией через распределительные устройства, которые различаются как цент¬ральные и периферийные. Центральные распределительные устройства (ЦРУ) располагаются вблизи основных источников, а периферийные или просто распределительные устройства (РУ) располагаются вблизи массового размещения ПЭ. В целом ЦРУ и РУ так же, как и первичные и вторичные источники, в рамках структурных схем можно рассматривать как узловые точки, через которые происходит передача энергии от источников к ПЭ.
Выбор и размещение указанных узловых точек, в основном, зависит от трех факторов:
1) структурной схемы ЭЭС;
2) геомет¬рической модели монтажного пространства;
3) типовой кон¬фигурации электрической сети (разомкнутая, замкнутая и т.п.).
4 Разработка принципиальных электрических схем. Эта зада¬ча требует детализации структурных схем, ЦРУ и РУ путем выбора и размещения аппаратуры управления, контроля и защи¬тно-коммутационных устройств. В результате ре¬шения должны быть получены принципиальные электрические схемы и полный перечень всех элементов, входящих в схему.
5 Функциональный анализ ЭЭС. После разработки принципи¬альных схем ЭЭС требуется проверка их работоспособности, т.к. при решении предыдущих задач многие требования к функ¬ционированию ЭЭС не учтены. Функциональный анализ обычно осуществляется путем мате¬матического, физического или смешанного моделирования ЭЭС. Завершаются эти этапы выпуском проектной до¬кументации, в которой должны быть отражены спецификаци
Электрические системы (ЭС) - совокупность элементов типа генераторов, пре-образователей и потребителей электрической энергии, коммути¬рующих и распределительных устройств, а также линий соедине¬ний между элементами. Численность компонентов в составе элек¬трических систем может достигать десятков и сотен тысяч. Боль¬шинство компонентов характеризуются, в свою очередь, рядом разнородных по сути параметров. К их числу относятся физичес¬кие величины (ток, напряжение, мощность и т.п.), конструктив¬ные данные (геометрические размеры, марки материалов и т.п.), данные монтажного пространства, где размещена электрическая система, и т.д. Это системы наивысшей степени сложности. Подобные системы нуждаются в декомпозиции и серьезных упро¬щениях для целей исследования и проектирования. В этом напра¬влении в качестве первых шагов используются различные клас¬сификационные схемы, позволяющие конкретизировать объект рассмотрения и сузить тем самым множество вариантов его реализации.
ЭС можно разделить на два основных класса: электроэнергетические системы (ЭЭС) и электроинформационные системы (ЭИС). В ЭЭС основными являются процессы получения, переработки и потребления электрической энергии, а в ЭИС – процессы полу¬чения, переработки и потребления информации. В действитель¬ности деление ЭС на ЭЭС и ЭИС является условным, так как степень взаимной интеграции этих систем слишком велика. Се¬годня нельзя представить ЭЭС без электроинформационных пря-мых и обратных связей, точно так же как нельзя представить реализацию ЭИС без электроэнергетических процессов. Тем не менее, указанное деление ЭС целесообразно для научной и ин¬женерной практики.
Дальнейшее расчленение автономных ЭС осуществляется по признаку функционального назначения той или иной части систе¬мы. Так, например, в ЭЭС принято выделять системы генериро¬вания электрической энергии, системы преобразования электри¬ческой энергии, системы передачи и распределения, системы элек¬троснабжения и, наконец, системы потребления электроэнергии. В ЭИС выделяются системы автоматического регулирования и управления, системы коммутации, контроля и защиты. ЭИС являются, в свою очередь, системами потребления электроэнер¬гии и могут рассматриваться как часть ЭЭС (приемники). Если же они вдобавок обслуживают элементы ЭЭС (регулирование напряжения или частоты генераторов, защита от токов корот¬кого замыкания и т.п.), то разбиение исходной электрической системы на электроэнергетические и электроинформационные еще более затрудняется из-за прямых и обратных связей, образу¬емых автоматическими системами. И все же во многих случаях, зависящих от постановки задачи и искусства исследователя или проектировщика, раздельное рассмотрение указанных систем удается и дает существенный эффект.
Дальнейшая конкретизация и декомпозиция возможна при классификации не только по функциональному назначению, но и по роду физических и конструктивных параметров и харак¬теристик. Так, например, распределительные сети по роду тока различаются как сети постоянного и переменного тока. Сети переменного тока различают как однофазные и трехфазные. Трехфазные сети различаются наличием или отсутствием нейтра¬ли. По конструктивной схеме сети делятся на радиальные (струк¬тура аналогична разветвленному дереву, в котором каждая ветвь получает питание только из одного узла), замкнутые (ветвь мо¬жет получать питание от нескольких узлов, соединенных между собой) и сложно замкнутые, или разветвленные (все ветви за¬мкнуты и структура сети подобна сетке).
Следует отметить, что ЭЭС в большинстве стран создавались не сразу, а эволюционным путем, по мере появления все новых потребителей и источников электроэнергии. Поэтому с точки зрения ЭЭС в целом размещение элементов и принятые уровни параметров не всегда являются удачными. Задача проектирова¬ния ЭЭС регионов, городов и сел, как правило, является по существу задачей развития уже существующих систем, а не созда¬ния новых систем в полном объеме. В этом смысле наиболее полной является задача проектирования автономных ЭЭС, не имеющих прямых связей с уже существующими, например, транспортных ЭЭС (самолетных, судовых, автомобильных). Хо¬тя при создании новых транспортных средств элементная база и принципиальные решения могут сохраниться в значительной мере по аналогии с прототипами, тем не менее, задача проек¬тирования ЭЭС для каждого нового транспортного средства ставится и решается заново в достаточно полном объеме. Типовая полномасштабная задача проектирования авиационных ЭЭС формулируется следующим образом. В качестве исходной информации рассматриваются:
1) перечень функций, выполнение которых должна обеспечить ЭЭС;
2) допустимое пространство размещения элементов ЭЭС и линий их соединения;
3) перечень ограничений на физические процессы ЭЭС, выбор элементной базы, конструктивные и технологические решения и т.п.
Несмотря на большой объем заданной исходной информации, ее недостаточно для однозначного построения ЭЭС. Заданные конечные функции ЭЭС не позволяют даже однозначно выбрать приемники элект¬роэнергии. Например, один и тот же механизм можно привести в действие электродвигателями различного типа (постоянного тока, асинхронными, синхронными, стабильной или плавающей частоты и т.д.). Одно и то же освещение можно обеспечить лампами накаливания, дневного освещения и т.п. Вариантность в выборе при¬емников, в свою очередь, определяет соответствующие вариации электропитания по роду тока, напряжению, частоте, мощности и т.п. Отсюда многовариантность выбора первичных и вторич¬ных источников питания. А если еще учесть многовариантность выбора распределительных устройств и построения магистраль¬ной и распределительной сети, то нетрудно представить наличие большого множества вариантов ЭЭС в целом, среди которых надо осуществить выбор конечного проектного решения. Указанные особенности показывают, что задача проектирования ЭЭС в общей постановке относится к классу оптимизационных задач, требующих критериального анализа и отбора вариантов. Причем выбор критериев также неоднозначен. Поэтому мы имеем дело в общем случае с многокритериальной оптимизационной задачей. Общая задача проектирования ЭЭС может быть распространена без всяких изменений и на ЭИС. Действительно, в результате проектирования ЭИС, исходя из заданного функционального назначения и функциональных свойств, а также множества задан¬ных условий и норм необходимо осуществить выбор всех элементов ЭИС и связей между ними и разместить все эти компоненты в заданном монтажном пространстве. Таким образом, задача проектирования ЭЭС обобщается на случай любой автономной электрической системы.
2 Понятие об электротехнических устройствах (ЭТУ), комплектных высоковольтных и низковольтных устройствах
Современное промышленное оборудование и бытовая техни¬ка насыщены электротехническими устройствами, электронны¬ми средствами контроля и управления. Поэтому специалисту бук¬вально любого профиля необходимы знания основных принци¬пов действия и построения электрических и электронных устройств.
Принципы действия, свойства и параметры электротехнических приборов и систем рассматриваются в разделах электротехники.
Начальный этап изучения человеком электричества и создания электротехнической науки связан с накоплением фактов и их фе¬номенологическим описанием. Важнейшие открытия подготовили основу для создания единой электротехнической теории. Первое обстоятельное научное сочинение о магнитных и электрических явлениях принадлежит лейб-медику английской королевы В. Гиль-берту (1600), который впервые использовал термин «электричес¬кие тела». В России первые труды в области электричества принад¬лежат М.В. Ломоносову (1760). В это же время в Америке проводит свои исследования Б. Франклин.
Дальнейшее развитие теории стимулируется широким практи¬ческим использованием электротехнических устройств. Зарождает¬ся электротехническая промышленность. Это было связано с при¬менением в практических целях переменного тока, теоретическим обоснованием и осуществлением передачи электроэнергии на зна¬чительные расстояния (Д.А. Лачинов и М. Депре, 1880 – 1882).
Электротехнические устройства отличаются принципами функционирования (электромеханические преобразователи, полу¬проводниковые приборы и т.д.), уровнем энергии и мощности (от микродвигателей мощностью менее микроватта до электрических генераторов мощностью в тысячи мегаватт), назначением (преоб-разование электромагнитной энергии или информации), видом сигналов (аналоговые, дискретные, цифровые). Общим призна¬ком изучаемых электрических систем является возможность их описания с помощью уравнений классической электродинамики (Максвелла) или законов электрических и магнитных цепей (Кирхгофа).
Знания и методология исследования электрических уст¬ройств, полученные в курсе «Электротехника», находят приме¬нение при анализе и проектировании электротехнических уст¬ройств и электронных приборов (электрических аппаратов и двигателей, датчиков, электрических сетей и электрооборудо¬вания, интегральных микросхем и средств преобразования ин¬формации).
Развитие средств и методов вычислительной техники отра¬зилось на общих подходах к проектированию устройств, в том числе на методах теоретической электротехники. Принципы ав¬томатизированного проектирования базируются на информаци¬онных моделях устройств, позволяющих исследовать функци¬онирование элементов, устройств и систем численными мето¬дами. Сложность оборудования приводит к необходимости разработки иерархического ряда моделей устройств с исполь¬зованием упрощающих гипотез. Существенно возрастает роль качественного анализа, выявляющего главные и решающие сто¬роны изучаемых явлений и процессов, их физическую сущность.
Логическим развитием этапа внедрения вычислительной техники в электротехнику стало создание пакетов прикладных программ анализа электромагнитных полей и электрических цепей, служащих основой автоматизированного проектирова¬ния электротехнических и электронных устройств.
Обычно в теоретической электротехнике выделяют две час¬ти, связанные с отличием подходов к анализу устройств и ис¬пользуемого математического аппарата:
а) теорию электромагнитного поля (краевые задачи с урав¬нениями в частных производных);
б) теорию электрических и магнитных цепей (задача Коши с обыкновенными дифференциальными уравнениями).
Схемотехническое описание электротехнических устройств служит основой их инженерного расчета и проектирования, и поэтому указанному аспекту уделяется основное внимание при изучении дисциплины. Такая методика знакомит с тер-минологией и основами постановки теоретических задач клас¬сической электродинамики и теории электрических и магнит¬ных цепей.
Высоковольтное комплектное устройство (ВКУ) – это совокупность высоковольтных аппаратов, устройств управления, измерения, сигнализации, защиты, регулирования и так далее, смонтированных на единой конструктивной основе со всеми внутренними электрическими и механическими соединениями и конструктивными элементами.
Низковольтное комплектное устройство (НКУ) – это совокупность низковольтных аппаратов, устройств управления, измерения, сигнализации, защиты, регулирования и так далее, смонтированных на единой конструктивной основе со всеми внутренними электрическими и механическими соединениями и конструктивными элементами.
3 Классификация низковольтных комплектных устройств (НКУ)
НКУ классифицируют по следующим признакам (согласно ГОСТ 22789-94):
а) виду конструкции (открытое НКУ; НКУ, защищённые с передней стороны; НКУ закрытое со всех сторон; НКУ шкафное (шкаф); НКУ многошкафное (щит защищённый); НКУ пультовое (пульт); НКУ ящичное (ящик); НКУ многоящичное (щит многоящичный); система сборных шин (шинопровод));
б) месту установки (НКУ для внутренней установки; НКУ для наружной установки);
в) возможности перемещения (НКУ стационарное; НКУ передвижное);
г) степени защиты (степень защиты НКУ от прикосновения к токоведущим частям, попадания твёрдых посторонних тел и жидкости должна соответствовать ГОСТ 14254; для НКУ, предназначенных для эксплуатации внутри помещений и не требующих защиты от проникновения воды, рекомендуются степени защиты IP00, IP2X, IP3X, IP4X, IP5X);
д) способу установки составных частей НКУ, например, стационарные или съёмные части (степень защиты, характеризующая НКУ, как правило, относится к присоединённому положению съёмных и/или выдвижных частей, но при необходимости изготовитель указывает степень защиты для других положений; соединение вспомогательных цепей может осуществляться либо с помощью специального инструмента, либо без него, а в выдвижных частях соединение вспомогательных цепей предпочтительно осуществлять без помощи инструмента);
е) мерам защиты обслуживающего персонала (защита от поражения электрическим током).
Рисунок 1.4 – НКУ «Ассоль»
4 Условия производства и функционирования, основные показатели низковольтных комплектных устройств (НКУ)
Нормальные условия эксплуатации НКУ, соответствующие требованиям ГОСТ 22789-94, должны эксплуатироваться в указанных ниже условиях:
1) температура окружающего воздуха при установке НКУ внутри помещения должна быть не выше 40 °C. Нижний предел температуры окружающего воздуха – минус 5 °C;
2) температура окружающего воздуха при наружной установке НКУ не должна быть выше 40 °C. Нижний предел температуры окружающего воздуха: минус 25 °C – для умеренного климата и минус 50 °C – для арктического (холодного) климата;
3) атмосферные условия при установке НКУ внутри помещений. Воздух должен быть чистым, относительная влажность его не должна превышать 50 % при максимальной температуре 40 °C. При более низких температурах допускается более высокая влажность, например, 90 % при 20 °C. При изменении температуры должна быть учтена возможность образования конденсата. По согласованию между потребителем и изготовителем атмосферные условия при установке НКУ внутри помещения могут быть приняты по ГОСТ 15543.1;
4) атмосферные условия при наружной установке. Относительная влажность воздуха может достигать 100 % при максимальной температуре 25 °C;
5) высота над уровнем моря мест установки НКУ не должна превышать 2 км. В случае установки НКУ на высоте над уровнем моря свыше 1000 м необходимо учитывать снижение диэлектрической прочности изоляции и охлаждающего действия воздуха;
6) за НКУ должны изготавливаться для эксплуатации при воздействии механических факторов внешней среды по группам в соответствии с ГОСТ 17516, которые должны указываться в стандартах или технических условиях на конкретные НКУ;
7) при эксплуатации НКУ в особых условиях эти условия должны быть оговорены специальным соглашением между изготовителем и потребителем. Потребитель должен информировать изготовителя о наличии особых условий эксплуатации.
Примеры особых условий эксплуатации:
а) значения температуры, относительной влажности воздуха и/или высоты над уровнем моря, отличаются от значений, указанных в пунктах 1...6;
б) область применения, в которых изменения температуры и/или давления воздуха происходят с такой скоростью, что внутри НКУ образуется значительная конденсация;
в) сильное загрязнение воздуха пылью, наличие дыма, коррозийных или радиоактивных частиц, испарений или соли;
г) воздействие сильных электрических или магнитных полей;
д) воздействие чрезмерно высоких температур, вызываемых например, солнечным излучением или от источников с большим тепловым излучением;
е) образование плесени или нападение мелких живых существ;
ж) установка в пожаро- или взрывоопасных помещениях;
з) воздействие сильной вибрации или ударов, сейсмическое воздействие;
и) установка комплектующих элементов, например, встройка в машины или установка в нишу в стене, в условиях снижения допустимых токовых нагрузок или отключающей способности;
к) возможность влияния электрических и радиационных помех.
Условия транспортирования, хранения и установки (монтажа) являются предметом согласования между изготовителем и потребителем. Если другое не установлено, то нормированная температура при транспортировании и хранении должна быть от минус 25 до плюс 55 °C.
Оборудование, которое в нерабочем состоянии было подвержено действию экстремальных температур, не должно иметь неисправимых повреждений и должно нормально работать в установленных условиях эксплуатации.
Основные показатели НКУ:
1) номинальные напряжения НКУ характеризуют следующими номинальными напряжениями его различных цепей:
- номинальное рабочее напряжение Ue (цепи НКУ) есть значение напряжения, которое в сочетании с номинальным током этой цепи определяет основной параметр цепи НКУ. Для многофазных цепей оно является напряжением между фазами. Стандартные значения номинальных напряжений цепей управления устанавливаются стандартами на комплектующие элементы;
- номинальное напряжение изоляции Ui (цепи НКУ) есть значение напряжения, на которое эта цепь рассчитана и в соответствии с которым проводят испытания диэлектрических свойств, проверяют воздушные зазоры и длину путей утечки. Максимальное номинальное рабочее напряжение любой цепи НКУ не должно превышать его номинального напряжения изоляции. Предполагается, что рабочее напряжение любой цепи НКУ не должно даже временно превышать 110 % номинального напряжения изоляции этой цепи;
2) номинальный ток цепи НКУ устанавливается с учётом значений токов комплектующих элементов НКУ, их расположения и значения. При проведении испытаний действие тока не должно приводить к повышению температуры частей НКУ выше предельных значений;
3) номинальный кратковременно выдерживаемый ток цепи НКУ есть среднее квадратическое значение тока термической устойчивости, которое данная цепь может выдержать в течение установленного времени при условии проведения испытаний. Если другое не установлено, то это время принимают равным 1 с. Если время меньше 1 с, то должно быть установлено как значение кратковременно выдерживаемого тока, так и время его действия, например, 20 кА и 0,2 с;
4) номинальный ударный ток цепи НКУ есть значение ударного тока, электродинамическое действие которого НКУ или его часть может выдержать при условии проведения испытаний;
5) номинальный ожидаемый ток короткого замыкания (КЗ) цепи НКУ есть действующее значение этого тока, которое может быть выдержано цепью НКУ в течение определённого времени при условии проведения испытаний. Если другое не установлено, то это время принимают равным 1 с;
6) номинальный условный ток КЗ цепи НКУ есть значение ожидаемого тока, которое эта цепь, защищённая токоограничивающим коммутационным аппаратом, может выдержать в течение времени срабатывания этого аппарата при условии проведения испытаний. В цепях переменного тока значением номинального условного тока КЗ является действующее значение составляющей переменного тока;
7) номинальный ток КЗ, вызывающий плавление предохранителя в цепи НКУ есть номинальный условный ток КЗ цепи НКУ, значение которого ограничивается плавлением предохранителя;
8) номинальный коэффициент одновременности НКУ или части НКУ, имеющей несколько главных цепей (например, в секции или подсекции), есть отношение наибольшей суммы допустимых токов всех одновременно действующих, токов главных цепей, взятых в любой момент времени, к сумме номинальных токов всех главных цепей НКУ или отдельной части НКУ.
Номинальный коэффициент одновременности, установленный потребителем, должен учитываться при проведении испытаний на превышение температуры. При отсутствии данных о действительных токах рекомендуется значения коэффициента одновременности принимать в соответствии с таблицей
9)номинальная частота НКУ есть значение частоты, на которое НКУ рассчитано и которое соответствует условиям его работы. Если цепи НКУ рассчитаны на несколько различных частот, то должны быть указаны номинальные частоты каждой цепи.
5 Система государственной стандартизации
Единые государственные системы стандартов обеспечивают единообразие и наивысшую эффективность проведения важнейших видов работ, общих для различных отраслей народного хозяйства. К подобным системам относятся Государственная система стандартизации (ГСС), Единая система конструкторской документации (ЕСКД), Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП), Единая система технологической документации (ЕСТД), Единая система классификации и кодирования технико-экономической информации, Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ), Государственная система стандартов безопасности труда (ГССБТ) и др.
Рассмотрим некоторые из них.
Единая десятичная система классификации и кодирования технико-экономической информации - совокупность правил, определяющих распределение объектов по классам (классификационным группам) на основании общих признаков, присущих объектам данного рода и отличающих их от других. В основу классификации закладывается логическая последовательность признаков, следовательно, процесс кодирования предмета существенно упрощается, так как он осуществляется в однозначном соответствии с принятой системой классификации.
Огромные масштабы производства и связанное с этим увеличение потоков информации требуют оперативной ее обработки для планирования, учета и эффективного управления деятельностью предприятий и отраслей. Этой цели служит общегосударственная автоматизированная система сбора и обработки информации на базе государственной системы вычислительных центров и единой автоматической сети связи страны.
Кодирование технико-экономической информации на основе системы классификации позволяет непосредственно по коду объекта судить о его характеристиках (конструкциях, технологических, эксплуатационных).
Разработанный у нас в стране Общесоюзный классификатор промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП) внедряется в практику планирования, учета и управления народным хозяйством. Иначе говоря, ОКП – это своеобразный словарь, предназначенный для кодирования продукции (изделий) цифровыми кодами для последующей машинной обработки. Основой ОКП является Единая десятичная система классификации промышленной и сельскохозяйственной продукции (ЕДСКП).
Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Эта система устанавливает для всех организаций страны порядок организации проектирования, единые правила выполнения и оформления чертежей и ведения чертежного хозяйства, что упрощает проектно-конструкторские работы, способствует повышению качества и уровня взаимозаменяемости изделий и облегчает чтение и понимание чертежей в разных организациях. Основные части:
ГОСТ Основные положения
ГОСТ Классификация и обозначение изделий в конструкторских документах;
ГОСТ Общие правила выполнения чертежей;
ГОСТ Правила выполнения чертежей различных изделий;
ГОСТ Правила выполнения схем;
Единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП). Важнейшим этапом обеспечения высокого качества продукции является технологическая подготовка производства (ТПП).
В процессе изготовления изделий производится доводка их качества. Единая система подготовки производства включает комплекс стандартов, устанавливающих современные методы решения задач технологической подготовки производства, и решает следующие задачи:
а) технологический анализ изделия;
б) планирование, учет и управление ТПП;
г) разработка комплекса технологических процессов;
д) построение системы контроля качества;
е) проектирование и изготовление средств производства;
Единая система технологической документации представляет собой комплекс государственных стандартов, устанавливающих:
а) формы документации общего назначения
б) правила оформления технологических процессов и формы документации для процессов литья, механической и термической обработки, сварочных работ и др.
Существует тесная связь между ЕСТД и ЕСКД. Эти системы играют большую роль в улучшении управления производством, повышении его эффективности, во внедрении автоматизированных систем управления и т. д.
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Основными объектами стандартизации ГСИ являются:
а) единицы физических величин;
б) государственные эталоны и общесоюзные поверочные схемы;
в) методы и средства поверки средств измерений;
г) нормы точности измерений;
д) методика выполнения измерений и т.д.
К другим вспомогательным стандартам в области качества относятся:
а) ISO 10011 – Руководящие указания по проверке системы качества.
Данная группа является нормативной базой для органов, осуществляющих проверку системы качества предприятия (в том числе и при проведении сертификационного аудита);
б) ISO 10012 – Требования, гарантирующие качество измерительного оборудования.
в) ISO 10013 – Руководящие указания по разработке руководств по качеству.
г) ISO 8402 – Управление качеством и обеспечение качества: Словарь.
Разработка единой системы менеджмента качества, как в регулируемой, так и в нерегулируемой государственным законодательством областях производства продукции, способствует тому, чтобы сократить общее количество (и весьма значительное) различных стандартов, предписаний, положений и других документов, часто противоречивых, которые производитель должен выполнять и которые, в силу их количества и противоречивости, он часто не в состоянии выполнить.
Таким образом, активизация деятельности субъектов отечественной экономики на формируемом национальном рынке в области управления качеством и конкурентоспособностью продукции и услуг создали объективные предпосылки для развития стандартизации требований к системам качества. Одновременно возникла необходимость создания национальных стандартов, определяющих правила и процедуры проведения сертификации систем качества продукции, работ и услуг. Введение в стране этих серий национальных стандартов способствует повышению конкурентоспособности отечественной продукции, работ и услуг, создает условия для реализации прав российских граждан на их безопасность, дополняет механизм реализации законодательных актов в области стандартизации и сертификации.
6 Процесс проектирования электротехнических устройств
как технических систем
Сложность объектов и задач проектирования ЭС делает прак¬тически невозможной реализацию одноэтапных процессов реше¬ния этих задач. Здесь также необходимо применение идей и мето¬дов декомпозиции. Поэтому процесс проектирования ЭС, как правило, осуществляется в несколько этапов. На каждом этапе решается сравнительно простая задача проектирования, а резуль¬таты решения на предыдущих этапах используются в качестве дополнительной исходной информации для последующих. Меж¬ду этапами могут быть итерационные связи. Для примера рас-смотрим последовательный многоэтапный процесс проектирова¬ния самолетных ЭЭС.
Проектирование ЭЭС в соответствии со стандартными этапа¬ми проектирования более или менее сложных технических объектов начинается с формирования технического задания (ТЗ) и технического предложения. ТЗ определяет основное назначение объекта проектирования, его основные тактико-технические дан¬ные и предъявляемые технико-экономические требования и усло¬вия проектирования и производства. Применительно к самолет¬ным ЭЭС ТЗ включает перечень основных функциональных узлов самолета и их функциональные характеристики, которые должны быть реализованы с помощью ЭЭС, а также основные техни¬ко-экономические требования к ЭЭС и самолету в целом. Исход¬ной информацией для составления ТЗ являются: данные об ана¬логах и прототипах объекта проектирования; наилучшие показа¬тели, достигнутые в мировой практике для соответствующего класса объектов; конструктивные и технологические возможно¬сти реализации; государственные и отраслевые стандарты; усло¬вия функционирования объекта проектирования, включая воздей¬ствие внешней среды, и т.п. ТЗ может дополняться и коррек-тироваться на ближайших последующих этапах проектирования.
Техническое предложение разрабатывается на основе ТЗ, углу¬бляет содержание отдельных разделов ТЗ и добавляет новые разделы по описанию и сравнительной оценке отдельных принци¬пиально возможных вариантов построения ЭЭС, оценке харак¬теристик и технико-экономических показателей рациональных вариантов, уточнению работ на следующих этапах проектирова¬ния и производства, составлению заданий и требований к выпол¬нению этих работ. В результате разработки технического пред¬ложения накапливается информация о ряде целесообразных принципиальных проектных решений, которые принимаются к дальнейшему рассмотрению. Несмотря на это, во многих слу¬чаях допускается исключение этапа технического предложения и непосредственный переход к следующему этапу эскизного про¬ектирования.
Эскизное проектирование является тем этапом, на котором осуществляется окончательный выбор принципиальных решений и конечного варианта объекта проектирования, дается техни¬ко-экономическое обоснование принятого варианта. Наряду с вы¬бором принципиального облика ЭЭС начинается детализация объекта проектирования, его характеристик и показателей. На этом этапе наряду с расчетными работами могут создаваться, а в случае необходимости и испытываться макеты ЭЭС или ее отдельных частей и узлов, проводиться экспериментальные ис-следования аналогов и прототипов и т.п. Кроме того, начинает¬ся рассмотрение вопросов эксплуатационного и организацион¬ного характера. К ним относятся вопросы, связанные с выбором основных функциональных режимов, методов и средств управле¬ния, контроля и профилактики, определением правил обслужива¬ния и ремонта, оценкой экономической эффективности и т.п.
7 Цели и основные задачи проектирования ЭТУ
Проектирование (конструирование) электротехнических устройств является областью инженер¬ной деятельности, наиболее сложной для автоматизации. Разработка теории и методов автоматизации конструиро¬вания находится еще в начальной стадии. Автоматизированы главным образом различные вычислительные операции, связанные с конструированием.
Задачей автоматизации проектирования является создание комплексных автоматизированных систем подготовки производства в машиностроении, выполняющих кроме расчета выбор наиболее рациональных технологических и конструктор¬ских решений, компоновку машин из составляющих их элементов, подбор этих элементов, технологическое про¬ектирование, выдачу проектной документации в готовом виде и т.п.
Рисунок 1.8 - Комплексная автоматизированная система управления
В этой системе на базе единой БД (база данных) под управлением АСУ (автоматическая система управления) в непрерывном потоке функционирует комплекс превращения ТЗ (техническое задание) готовое изделие. В системе информация о ТЗ, обрабатываясь в АСНИ (автоматизированные системы научных исследований), превращается в комплекс автоматизации, осуществленный в виде подпрограмм обработки, сборки, транспортировки отдельных деталей и узлов.
АСТПП (автоматизированные системы технологической подготовки производства) обеспечивает подготовку технологического оборудования, оснастки, выбора режимов обработки, т.е. подготовку технологического процесса для ГАП (главный архитектор проекта).
Подсистема ГАП выполняет обработку, измерение, транспортировку готового изделия, контроль функционирования технологического оборудования и смену инструмента. АСИ (агентство социальной информации) обеспечивает требуемый объем испытаний готовых изделий.
Только высокопроизводительные ПЭВМ, а также локальные сети обеспечивают экономическую целесообразность их применения для управления производственными линиями, участками, цехами.
Автоматизация про¬ектирования – это область эффективного использования ЭВМ. Но в то же время становится ясным, что главное направление здесь – не автоматизация отдельных этапов проектирования, не алгоритмы инженерных расчетов, а завязка проекта, когда только прорисовываются кон¬туры будущей конструкции, которая должна отвечать исходным замыслам. Такой подход основывается на стрем¬лении осуществить основную задачу – повысить качество принимаемых проектных решений за счет применения ме¬тодов оптимального проектирования.
Автоматизация же «рутинных» операций освобождает конструктора для творческой деятельности и повышает производительность процесса проектирования на офор¬мительских этапах работ. Однако автоматизация только отдельных операций, например, за счет введения чертеж¬ных автоматов или широкого использования ЭВМ для проведения инженерных расчетов не вносит существенных изменений в сроки проектирования.
Рисунок 1.9 – Коммерческое и не коммерческое программное обеспечение
Основным технологическим средством автоматизации проектирования в машиностроении является цифровая ЭВМ, оперирующая с информацией, представленной в циф¬ровой форме и физически существующей в виде различ¬ных состояний их элементов. Поэтому возникает необхо¬димость в разработке методов превращения разнообразной конструкторской документации в цифровую форму и пред¬ставлении всех задач и элементов процесса проектирования только в виде операций над числами и логическими вы¬ражениями с доведением их до алгоритмов и машинных программ. Но при автоматизации проектно-конструкторского процесса следует постоянно помнить, что ЭВМ – это вспомогательное средство, а не замена конструкто¬ра. Наиболее эффективно вычислительная техника может быть использована, когда имеются математические модели, описывающие объект проектирования и имитирующие его функционирование в заданной окружающей среде.
Для действительного эффективного использования ав¬томатизированных методов и средств проектирования не¬обходимо учитывать, что любой эксперт, в том числе и генеральный конструктор, обладает вполне определенными и, к сожалению, весьма ограниченными физиологическими возможностями обработки информации. Следовательно, необходима декомпозиция проблемы. Последнее означает, что для автоматизации требуется система процедур, позволяющая конструктору на основе ограниченной ин¬формации вести направленный поиск оптимальных пара¬метров новых технических средств.
Основная проблема автоматизации проектирования в настоящее время связана не только и не столько с во¬просами совершенствования средств вычислительной тех-ники, сколько с тем обстоятельством, что в науке о кон¬струировании новых технических средств не выявлены аналитические и логические зависимости, связывающие назначение технических средств с их структурой и харак¬теристиками. Например, в технологической науке отсут¬ствуют формализованные взаимосвязи между параметрами обрабатываемой детали, структурой и характеристиками технологического процесса.
8 Структура современного проектирования электротехнических устройств (ЭТУ)
9 Иерархия решения проектных задач
Проектирование выступает как комплексная проблема, в которой в сложной взаимосвязи переплетаются задачи синтеза, моделирования, анализа, оценки, оптимизации и отбора альтернатив. Для решения таких сложных задач необходимо применение методологии системного подхода.
Определяющим этапом проектирования является по¬становка общей задачи (рисунок 2.1), при которой формулируется слу¬жебное назначение (функция) технической системы и вырабатывается концепция проекта на основе анализа системной модели буду¬щего технического сред¬ства как элемента подсис¬темы более высокого уро¬вня иерархии. Адекватное описание такой модели возможно только при все¬стороннем рассмотрении проблемы, для решения которой создается новое техническое средство. На¬пример, для решения про¬блемы комплексной меха¬низации и автоматизации механосборочного произ¬водства необходимо созда¬ние целого ряда машин и механизмов, в том числе металлорежущих станков, сборочных агрегатов, тран¬спортных средств, загру¬зочных устройств, информационно-измерительных систем, систем инструмен¬тального обеспечения и др. Следовательно, системная модель технологической машины, например, должна отражать взаимосвязи объекта не только с подобными машинами по структуре технологического процесса, но и с загрузочными, транспортными, измерительными и другими элементами всего производственного комплекса.
На следующем этапе необходимо выполнить анализ общей задачи проектирования (рисунок 2.2). Здесь на основе рассмо¬трения системной модели будущего технического средства выявляются связи объекта проектирования с окружаю¬щей средой, определяются компоненты проектной за¬дачи, ограничения и критерии выбора рациональных ва¬риантов. Результаты данного этапа служат для поиска пу¬тей дальнейшего хода решения проектных задач. Если уда¬ется использовать имеющееся техническое средство, то конструкторский процесс не выполняется. Найденные аналоги могут лечь в основу будущей конструкции. Но может случиться и так, что в процессе анализа задачи проектирования выявится невозможность использования существующих технических возможностей для решения проблемы. Тогда постановка задачи должна быть изме¬нена, например, разбита на подзадачи.
Результаты этого этапа не¬обходимы в первую очередь для объективного разбиения задачи проектирования на части и определения стратегии решения общей задачи.
Каждый элемент структуры объекта проектирования представляется в виде системной модели; его служебное назначение описывается как функция элемента многоуров¬невой системы. Затем проводится исследование объекта проектирования, выявляются и описываются внешние и внутренние связи его системной модели. При этом требуется проведение целого ряда научно-исследователь¬ских работ, под которыми подразумевается не только ана¬лиз литературных источников, но и эксперименты на на¬турных образцах.
Весьма важным является следующий этап – формали¬зация объекта проектирования. От полноты формального описания объекта зависит выбор метода решения задачи, а, следовательно, определяется возможность применения при проектировании средств вычислительной техники. Если задача не формализована, то конструктор в дальней¬шем пользуется одним из эвристических методов решения задачи. Когда задача формализована полностью, т.е. имеется полная математическая модель объекта проектиро¬вания, ее можно решать с помощью ЭВМ автоматически. Если же задача формализована частично, т.е. не все связи системной модели удалось выразить в виде аналитических и логических зависимостей, то разрабатывается так назы¬ваемый диалоговый метод решения, включающий вариант математической модели объекта и сценарий взаимодейст¬вия конструктора и ЭВМ.
После выбора одного из алгоритмических методов реше¬ния весь процесс проектирования можно формализовать и разработать алгоритмы автоматизированного конструи¬рования.
Перед программированием больших проектно-конструкторских задач необходима разработка информацион¬ного обеспечения автоматизированного проектирования, которое должно снабжать все проектные процедуры тре¬буемой постоянной и переменной информацией для безостановочной работы программ ЭВМ. После программи¬рования проектной задачи выбираются необходимые технические средства, на которых и решается задача. Ре¬зультаты проектно-конструкторского процесса докумен¬тируются в виде текстовых и графических материалов.
Разработка процесса автоматизированного проек¬тирования требует тесного сотрудничества ученых и ин¬женеров разных специальностей – конструкторов, ма-тематиков, специалистов по автоматизированной обра¬ботке информации, программистов, электронщиков и ор¬ганизаторов производства (рисунок 2.3).
Следовательно, для наиболее полного и эффективного использования вычислительной техники в проектно-конструкторской деятельности инженеров необходимы глубо¬кие знания разработчиков по вопросам теории проекти¬рования, конструирования заданного семейства машин, математического моделирования, использования вычисли¬тельных методов решения проектных задач, теории ав-томатизированной переработки информации и применения современных вычислительных средств.
10 Стадии и этапы проектирования, условия и ограничения
Согласно ГОСТ 2.103-68 этапы проектно-конструкторской работы и стадии разработки конструкторской документации выполняются в последовательности, показанной на рисунке 2.4.
Рисунок 2.4 – Стадии и этапы проектирования
Рассмотрим вкратце содержание этапов и совокупность разрабатываемой конструкторской документации (КД) применительно к объекту проектирования (ОП).
Техническое задание (ТЗ) – документ, с которого начинается разработка любого ОП, устанавливающий его основное назначение, область применения, технические и технико-экономические показатели качества, состав, условия и режимы эксплуатации, этапы и сроки выполнения работ.
ТЗ составляется организацией-заказчиком при возможном участии и согласовании с организацией-исполнителем. Основные требования к ТЗ изложены в ГОСТ 15.001-73.
Техническое предложение (ТП) – совокупность КД, разрабатываемой с целью выявления возможных вариантов технических решений и уточнения ТЗ, которая содержит, технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации ОП на основе анализа ТЗ и различных вариантов возможных решений; сравнительную оценку решений с учетом конструкторских и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и аналогичных существующих ОП, а также тенденций и перспектив их развития; результаты проверки вариантов на патентоспособность, патентную чистоту и конкурентоспособность; предварительную оценку технологичности вариантов конструкции, соответствие их требованиям стандартизации, унификации, техники безопасности и т.п.
На этом этапе выполняются расчеты, подтверждающие работоспособность того или иного решения. Некоторые решения проверяются путем экспериментальных исследований на макетах.
Выпускаемая на этом этапе КД содержит функциональные схемы возможных вариантов решений ОП, упрощенные чертежи общего вида, ведомость технического предложения, патентный формуляр, пояснительную записку. Объем работ по этому этапе отражен в ГОСТ 2.118-73.
Эскизный проект – совокупность КД, разрабатываемой с целью получения принципиальных конструктивных решений выбранного варианта ОП. Он дает общее представление о принципе работы и устройстве прибора, его основных характеристиках. На этом этапе выполняются все необходимые расчеты ОП: параметрический, светотехнический, точностной и др.
Выпускаемая КД содержит: основные схемы ОП (кинематическую, электрическую), чертежи общего вида (с возможными упрощениями) и наиболее важных сборочных единиц, дающие представление о компоновке прибора и взаимодействии его частей; пояснительную записку с результатами расчетов, сведениями о технико-экономических характеристиках ОП, дополнительными результатами патентных исследований и т.д. Объем работ этого этапа отражен в ГОСТ 2.119-73.
Технический проект – совокупность КД, которая содержит окончательное техническое решение, дающее полное представление о конструкции ОП. На этом этапе производится более подробная разработка конструкции всего прибора и его составных частей; разрабатываются принципиальные схемы, схемы соединений; составляется номенклатура покупных изделий; согласуются габаритные, установочные и присоединительные размеры; производится анализ технологичности, определяется технологическое оборудование, разрабатывается необходимая оснастка; принимаются решения о выборе средств контроля, монтаже, хранении и транспортировке ОП.
Выпускаемая КД: чертежи общего вида и сборочных единиц, габаритный чертеж, чертежи всех схем, ведомость покупных изделий, патентный формуляр, пояснительная записка и др. Объем работ этого этапа в ГОСТ 2.120-73.
Рабочий проект – полный комплект КД, достаточный для изготовления и эксплуатации ОП. На этом этапе выполняют чертежи всех деталей конструкции прибора; разрабатывают требования и методику его сборки, юстировки и испытания; составляют техническое описание и инструкцию по эксплуатации прибора, его формуляр и технический паспорт (в нем содержатся сведения о характеристиках ОП, результаты его испытания, состав комплекта, гарантии и т.п.); на сложные и ответственные детали разрабатывают технологические процессы их изготовления, составляют технические условия, содержащие требования, отсутствующие в чертежах, но необходимые для изготовления и отладки ОП; составляют ведомости покупных изделий, марок и сортаментов материалов, запасных инструментов, принадлежностей и т.п.
В ответственных случаях, для выявления возможных ошибок в рабочих чертежах деталей, производят так называемые «контрольные сборки» – сборочные чертежи всего прибора или его основных узлов, выполненные по конкретным размерам, считанным с рабочих чертежей сопрягаемых деталей.
После подготовки и утверждения КД переходят к этапу изготовления и испытания проектируемого прибора. В случае, когда планируется не единичное, а серийное его производство, изготавливается опытный образец или опытная партия приборов. Всесторонние испытания изготовленных образцов позволяют сделать заключение о соответствии прибора ТЗ, выявить возможные недостатки проекта и устранить их путем корректировки или доработки КД.
Следует заметить, что не все из перечисленных этапов обязательны к выполнению как самостоятельные, например, может быть исключен эскизный проект, объединены технический и рабочий проекты.
11 Разработка технического задания
Техническое задание (ТЗ) – документ, с которого начинается разработка любого ОП, устанавливающий его основное назначение, область применения, технические и технико-экономические показатели качества, состав, условия и режимы эксплуатации, этапы и сроки выполнения работ.
ТЗ составляется организацией-заказчиком при возможном участии и согласовании с организацией-исполнителем. Основные требования к ТЗ изложены в ГОСТ 15.001-73.
Техническое задание (ГОСТ Р 15.201-2000) разрабатывают на основе исходных требований, а также на осно¬ве результатов выполненных научно-ис¬следовательских и экспериментальных работ, научного прогнозирования, ана¬лиза передовых достижений отечест¬венной и зарубежной техники, перспек¬тивных типажей и систем машин, обо¬рудования и другой техники, изучения патентной документации, а на продук¬цию, предназначенную для экспорта, – с учетом внешнего рынка.
Техническое задание на продукцию машиностроения, имеющую важное народно-хозяйственное значение, разра¬батывают на основе аванпроекта, выполненного разработчиком по зада¬нию заказчика в целях технико-экономи¬ческого обоснования создания продук¬ции и изыскания путей реализации в разработке высокоэффективных техни¬ческих решений.
Техническое задание должно содер¬жать необходимые и достаточные требо¬вания для разработки продукции и не ограничивать инициативу разработчика при поиске и выборе им оптимального решения поставленной задачи.
Техническое задание является исход¬ным документом для разработки про¬дукции и технической документации на нее. Техническое задание на продук¬цию, разрабатываемую и выпускаемую по документации, предусмотренной стандартами ЕСКД, должно состоять из следующих разделов: наименование и область применения (использования), основание для разработки, цели и назна¬чение для разработки, источники разра¬ботки, технические требования, эконо¬мические показатели, стадии и этапы разработки, порядок контроля и при¬емки, приложения.
Техническое задание оформляют в соответствии с общими требованиями к текстовым конструкторским докумен¬там по ГОСТ 2.105-95 на листах форма¬та А4 без рамки, основной надписи и дополнительных граф к ней.
В разделе «Технические требования» указывают требования и нормы, опреде-ляющие показатели качества и эксплуа¬тационные (потребительские) характери¬стики продукции с учетом действую¬щих стандартов и норм, а также совре¬менного технического уровня.
Раздел в общем случае должен состо¬ять из следующих подразделов:
а) состав продукции и требования к конструкторскому устройству;
б) назначение и экономное использо¬вание сырья, материалов, топлива, энер¬гии;
в) требования к надежности;
г) требования к технологичности и метрологическому обеспечению разра¬ботки;
д) требования к унификации и стан¬дартизации;
е) требования к безопасности и охране природы;
ж) эстетические и эргономические требования;
з) требования к патентной чистоте;
и) требования к составным частям продукции, сырья, неходовым и экс-плуатационным материалам;
к) условия эксплуатации (использо¬вания), требования к техническому обслуживанию и ремонту;
л) дополнительные требования;
м) требования к маркировке и уста¬новке;
н) требования к транспортированию и хранению;
о) требования к категории качества.
В подразделе «а» указывают наиме¬нование, количество и назначение основных составных частей продукции, конструктивные требования к продук¬ции и составным частям (габаритные, установочные, присоединительные раз¬меры, способы крепления, регулировки органов управления, соответствие образ¬цов эталонам, виды покрытий и т.п.), требования к монтажной пригодности, массу продукции и, при необходимо¬сти, ограничение массы отдельных составных частей, удельную материало¬емкость, требования к средствам защиты (от влаги, вибрации, шума, вредных испарений, коррозии, микроорганизмов и др.), требования к взаимозаменяемо¬сти продукции и ее составных частей, устойчивость к моющим средствам, топ¬ливу, маслам и др., требования к виду и составу запасных частей инструмента и принадлежностей.
В подразделе «б» указывают основ¬ные технические параметры продукции, определяющие ее целевое использова¬ние, а также свойства, отражающие ее техническое совершенство по уровню или степени потребляемого сырья, мате¬риалов, топлива и энергии при эксплуа¬тации или потреблении. Например, мощность, производительность, чувстви¬тельность, удельный расход сырья (материалов), топлива, энергии, коэффи¬циент полезного действия.
Подраздел «ж» должен отражать тре¬бования технической эстетики, а также эргономические требования: удобство обслуживания, комфортабельность, уси¬лия, требуемые для управления и обслу¬живания, и т.п.
В подразделе «и» приводят требова¬ния к сырью, жидкостям, смазкам, краскам и другим материалам, намечае¬мым для применения в составе продук¬ции, а также при ее изготовлении и эксплуатации, физико-химические, механические и другие свойства мате¬риалов (прочность, твердость, шерохова¬тость поверхности и др.), ограничение в применении составных частей, воз¬можность применения и ограничения в применении дефицитных материалов и сплавов и др.
В подразделе «к» должны быть опи¬саны условия эксплуатации, при кото¬рых обеспечивается использование про¬дукции: допустимое воздействие клима¬тических условий (температуры, влаж¬ности, пыли, агрессивных сред) и др. В разделе технического задания «Экономические показатели» указы¬вают ориентировочную эффективность и срок окупаемости затрат на разработку и освоение производства продукции, лимитную цену, предполагаемую годо¬вую потребность продукции, а также экономические преимущества разраба¬тываемой продукции по сравнению с лучшими отечественными и зарубеж¬ными образцами.
При разработке технического зада¬ния разработчик учитывает информа¬цию об аналогичной продукции, содер¬жащуюся в базах данных Госстандарта России.
В техническом задании рекоменду¬ется предусматривать следующие поло¬жения:
а) прогноз развития требований на дан¬ную продукцию на предполагаемый период ее выпуска;
б) рекомендуемые этапы модернизации с учетом прогноза на развитие требова-ний;
в) соответствие требованиям стран предполагаемого экспорта;
г) характеристики ремонтопригодности;
д) доступность и безопасность эффектив¬ного использования продукции инвалида-ми и гражданами пожилого возраста.
Техническое задание является исход¬ным документом для разработки новых и модернизации существующих электроизделий и технической документации на них. Требования к продукции должны быть приведены в техническом задании с учетом действующих государствен¬ных стандартов, а также рекомендаций международных организаций (ИСО, МЭК и т.п.).
12 Технический проект
Технический проект – совокупность КД, которая содержит окончательное техническое решение, дающее полное представление о конструкции ОП. На этом этапе производится более подробная разработка конструкции всего прибора и его составных частей; разрабатываются принципиальные схемы, схемы соединений; составляется номенклатура покупных изделий; согласуются габаритные, установочные и присоединительные размеры; производится анализ технологичности, определяется технологическое оборудование, разрабатывается необходимая оснастка; принимаются решения о выборе средств контроля, монтаже, хранении и транспортировке ОП.
Выпускаемая КД: чертежи общего вида и сборочных единиц, габаритный чертеж, чертежи всех схем, ведомость покупных изделий, патентный формуляр, пояснительная записка и др. Объем работ этого этапа в ГОСТ 2.120-73.
Разработка конструкторской докумен¬тации в общем случае проводится в несколько стадий: техническое предло¬жение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская доку¬ментация (ГОСТ 2.103-68).
При разработке электротехнической и электронной продукции конструктор¬ская документация выполняется в две стадии: эскизный или технический про¬ект и рабочая документация. При нали¬чии предварительной проработки или создании модернизируемых изделий разрабатывают только рабочую доку¬ментацию.
Эскизный (технический) проект дол¬жен содержать художественно-конструк-торскую часть, которую выполняет орга¬низация (предприятие) – разработчик конструкторской документации или спе¬циализированная художественно-конст-рукторская организация.
Неотъемлемыми частями художест¬венно-конструкторской разработки явля¬ются макет изделия в натуральную величину с имитацией отделки внешне¬го вида, карта вариантов цветофактурного решения отделки изделия (при необ¬ходимости), а также макет индивидуаль¬ной упаковки, если она предусмотрена.
Техническая документация подвер¬гается экспертизе. Экспертизу докумен¬тации проводят ведущие (головные) организации по виду продукции одно¬временно с экспертизой потребитель¬ских свойств изделий. На экспертизу технической документации электробытовых изделий направляют копию техни¬ческого задания, чертеж общего вида, габаритный чертеж, пояснительную записку, принципиальные схемы, карту технического уровня и качества продук¬ции, патентный формуляр или отчет о патентных исследованиях, макет внеш¬него вида или его цветные фотографии.
Экспертизу технической документа¬ции проводят для определения соответ¬ствия разрабатываемой продукции тех¬ническому заданию и необходимому техническому уровню, включая степень унификации и стандартизации.
Стадии разработки, на которых про¬водят экспертизу, виды продукции, документацию которой подвергают экс¬пертизе, устанавливают ведущие мини¬стерства или ведущие организации. Результаты экспертизы должны учиты¬ваться при разработке технической доку¬ментации.
После завершения разработки необ¬ходимой технической документации и передачи ее на предприятие-изготови¬тель организация-разработчик осущест¬вляет авторский надзор за освоением и производством продукции.
Целью авторского надзора является обеспечение реализации технических решений, предусмотренных техниче¬ской документацией, и своевременного устранения выявленных недостатков продукции и технологического процесса.
Объектами авторского надзора явля¬ются продукция или ее составные части, техническая документация, материалы, полуфабрикаты и комплектующие изде¬лия, применяемые при изготовлении продукции, технологический процесс, метрологическое обеспечение.
Необходимость авторского надзора устанавливается по согласованию разра-ботчика и изготовителя.
13 Рабочий проект
Рабочий проект – полный комплект КД, достаточный для изготовления и эксплуатации ОП. На этом этапе выполняют чертежи всех деталей конструкции прибора; разрабатывают требования и методику его сборки, юстировки и испытания; составляют техническое описание и инструкцию по эксплуатации прибора, его формуляр и технический паспорт (в нем содержатся сведения о характеристиках ОП, результаты его испытания, состав комплекта, гарантии и т.п.); на сложные и ответственные детали разрабатывают технологические процессы их изготовления, составляют технические условия, содержащие требования, отсутствующие в чертежах, но необходимые для изготовления и отладки ОП; составляют ведомости покупных изделий, марок и сортаментов материалов, запасных инструментов, принадлежностей и т.п.
В ответственных случаях, для выявления возможных ошибок в рабочих чертежах деталей, производят так называемые «контрольные сборки» – сборочные чертежи всего прибора или его основных узлов, выполненные по конкретным размерам, считанным с рабочих чертежей сопрягаемых деталей.
После подготовки и утверждения КД переходят к этапу изготовления и испытания проектируемого прибора. В случае, когда планируется не единичное, а серийное его производство, изготавливается опытный образец или опытная партия приборов. Всесторонние испытания изготовленных образцов позволяют сделать заключение о соответствии прибора ТЗ, выявить возможные недостатки проекта и устранить их путем корректировки или доработки КД.
Следует заметить, что не все из перечисленных этапов обязательны к выполнению как самостоятельные, например, может быть исключен эскизный проект, объединены технический и рабочий проекты.
14 Рабочие чертежи
Конструкторская документация опре¬деляет устройство и состав изделия, содержит необходимые данные для его изготовления, контроля, приемки, экс¬плуатации и ремонта.
Конструкторские документы в зави¬симости от представленной в них информации подразделяют на графиче¬ские (чертежи и схемы) и текстовые (спецификации, пояснительные записки, расчеты, ведомости, инструкции, техни¬ческие условия и т.п.).
В графическом конструкторском документе основная информация о тех¬ническом предмете представлена в виде графического изображения, выполнен¬ного черным цветом с помощью линий, штрихов и точек. Информация о пред¬мете в виде графического изображения наиболее удобна при рассмотрении уст¬ройства и принципа действия изделия, взаимного расположения и устройства его составных частей, геометрической формы деталей. Часто графическая информация сопровождается текстовой или знаковой (знаки и цифры) информа¬цией. Текстовые документы содержат речевую описательную информацию, а также расчеты и их результаты. Тек¬стовый документ оформляется в виде сплошного текста или текста, разбитого на графы (спецификации, ведомости, таблицы и т.п.).
Стандарты ЕСКД (ГОСТ 2.102-68) предусматривают номенклатуру конст¬рукторских документов. Наиболее упот¬ребительными документами являются чертеж общего вида, чертеж детали, спе¬цификация, сборочный чертеж, схема, пояснительная записка, расчеты.
15 Системный анализ проектной ситуации
На этапах технического предложения и эскизного проекта последовательно решаются следующие проектные задачи.
1 Анализ и выбор приемников электроэнергии (ПЭ). Исходной информацией для решения этой задачи являются функциональ¬ные требования, для выполнения которых предназначена ЭЭС, а также справочно-нормативные данные по электрооборудова¬нию, с помощью которого выполняются эти требования. Так, например, самолетная ЭЭС должна обеспечить функционирова¬ние электромеханизмов, освещение, нагрев, радиосвязь, радиоло¬кацию, навигацию, системы управления и т.п. В соответствии с мно¬гофункциональным назначением ЭЭС ПЭ на самолетах груп¬пируются по следующим видам: электропривод; светотехни-ческое оборудование; приборы контроля работы силовых устано¬вок; средства радиосвязи; бор¬товые системы управления полетом и т.д.
При выборе указанных видов ПЭ следует учитывать не толь¬ко функциональные требования к самолету в целом, но и требо¬вания к его отдельным узлам и блокам. К такого рода требова¬ниям относятся:
а) минимальные массы, габариты и стоимости;
б) высокая надежность и безотказность функционирования;
в) изменения температуры от + 60 °С до – 60 °С и влажности до 100 % и т.д.
Выбор каждого конкретного ПЭ является далеко не однозначным. Так, например, известно, что одни и те же электромеханизмы для привода органов управления самоле¬том и шасси, насосов, лифтов, нагнетателей и других агрегатов могут быть принципиально приведены в действие электродвига¬телями различных типов: постоянного тока, синхронными, асинх¬ронными, постоянной и переменной частоты. В ряде случаев (интегральный электропривод, насосы и т.п.)
Таким образом, решение данной задачи оформляется в виде перечня одновариантных и многовариантных ПЭ с указанием основных показателей для каждого варианта.
На базе перечня ПЭ составляются заявки на потребление электроэнергии с учетом всех возможных режимов работы, вклю¬чая аварийные режимы
2 Структурно-параметрический синтез ЭЭС. Исходная инфор¬мация для решения этой задачи расширяется за счет информации о ПЭ, полученной при решении предыдущей задачи. В простей¬шем случае, когда все ПЭ определены однозначно, все равно выбор структурно-параметрического облика ЭЭС является мно¬говариантным. Дело в том, что параметры электропитания ПЭ отличаются большим многообразием, особенно радиоэлектрон¬ное оборудование. Если ПЭ поставить в соответствие аналогич¬ное многообразие источников питания, то число последних будет недопустимо большим. Поэтому источники питания различают¬ся как первичные и вторичные. Первичные источники генерируют электрическую энергию, а вторичные преобразуют ее в электро¬энергию с нужными параметрами. Иногда применяются смешанные си¬стемы, имеющие как источники постоянного тока, так и источ¬ники переменного тока. Все ПЭ, которых не удовлетворяют параметры первичных источников, получают питание от вторич¬ных источников: трансформаторов, трансформаторно-выпрямительных блоков, статистических преобразователей.
Таким образом, даже при однозначном выборе всех ПЭ вы¬бор первичных и вторичных источников является многовариант¬ным. В этой ситуации для выбора конечного варианта привлекаются методы критериального анализа и отбора. При синтезе самолетных ЭЭС используется ряд критериев: минимум массы, габаритов, стоимости, максимум надежности и безотказ¬ности. Следовательно, в общем случае задача структурно-пара¬метрического синтеза ЭЭС относится к многокритериальным задачам оптимизации. В результате ее решения должны быть однозначно выбраны как все первичные и вторичные источники питания, так и ПЭ, а также привязка каждого ПЭ к тому или иному источнику.
3 Выбор и размещение узловых точек ЭЭС. Решение пре¬дыдущей задачи позволяет построить структурную схему ЭЭС, которая показывает направления передачи электроэнергии от первичных источников ко вторичным и ПЭ. Однако структурная схема, отображая лишь энергетические связи, не учитывает ре¬альных путей подключения ПЭ к источникам в пределах монтаж¬ного пространства. Обычно ПЭ питаются электроэнергией через распределительные устройства, которые различаются как цент¬ральные и периферийные. Центральные распределительные устройства (ЦРУ) располагаются вблизи основных источников, а периферийные или просто распределительные устройства (РУ) располагаются вблизи массового размещения ПЭ. В целом ЦРУ и РУ так же, как и первичные и вторичные источники, в рамках структурных схем можно рассматривать как узловые точки, через которые происходит передача энергии от источников к ПЭ.
Выбор и размещение указанных узловых точек, в основном, зависит от трех факторов:
1) структурной схемы ЭЭС;
2) геомет¬рической модели монтажного пространства;
3) типовой кон¬фигурации электрической сети (разомкнутая, замкнутая и т.п.).
4 Разработка принципиальных электрических схем. Эта зада¬ча требует детализации структурных схем, ЦРУ и РУ путем выбора и размещения аппаратуры управления, контроля и защи¬тно-коммутационных устройств. В результате ре¬шения должны быть получены принципиальные электрические схемы и полный перечень всех элементов, входящих в схему.
5 Функциональный анализ ЭЭС. После разработки принципи¬альных схем ЭЭС требуется проверка их работоспособности, т.к. при решении предыдущих задач многие требования к функ¬ционированию ЭЭС не учтены. Функциональный анализ обычно осуществляется путем мате¬матического, физического или смешанного моделирования ЭЭС. Завершаются эти этапы выпуском проектной до¬кументации, в которой должны быть отражены спецификаци