- Требования по устойчивости к внешним факторам. Влияние внешних факторов во многом определяет возможности нормального функционирования ЭВМ. Так, изменение температуры влияет на параметры ИМС и ЭРЭ: при определённых граничных значениях температуры (плюсовом и минусовом) работоспособность ЭВМ может быть нарушена. Кроме того, повышение рабочей температуры снижает их надёжность. Колебания температуры могут привести в механических узлах конструкции к изменению типа посадок, вызвать ослабление крепления, температурные напряжения. Воздействие низких температур ухудшает прочностные характеристики материалов, эластичность упругих элементов.
Понижение атмосферного давления отрицательно влияет на условия теплоотвода в конструкциях ЭВМ, что связано со многими нарушениями нормального функционирования ЭВМ, к которым приводит рост температуры. Повышенная влажность может вызвать коррозию деталей и несущих конструкций, которой особо способствуют наличие активных веществ в атмосфере, солнечная радиация, пыль и песок. Снижается сопротивление изоляции между гальванически не связанными цепями вследствие чего также нарушается работоспособность ЭВМ.
Поскольку существует опасность выхода из строя аппаратуры при воздействии вышеперечисленных факторов, процесс разработки ЭВМ направлен на выбор такой элементной базы, материалов и конструкций, которые в совокупности обеспечили бы устойчивость технических средств ЭВМ к внешним воздействиям заданной интенсивности.
Обычно по устойчивости к внешним воздействующим факторам технические средства ЭВМ делятся на группы или категории. Так, по устойчивости к воздействию климатических факторов в процессе эксплуатации технические средства стационарных ЭВМ общего назначения (например, изделия Единой системы ЭВМ) подразделяют на группы в соответствии с данными, указанными в табл. 1.
Технические средства вычислительной техники, предназначенные для создания систем автоматизированного управления, а также встраиваемые в машины, оборудование и приборы (например, изделия вычислительной техники Системы малых ЭВМ), обычно должны работать в более жёстких условиях эксплуатации, чем стационарные конструкции. В связи с этим здесь устанавливается большее число групп (категории) по устойчивости к воздействию климатических факторов (табл. 2).
Нормальными климатическими условиями эксплуатации технических средств в ЭВМ считаются: температура окружающего воздуха (293±5)К, относительная влажность (60±15)%, атмосферное давление от 84 до 107 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст.). Допустимый перегрев воздуха внутри изделий не должен превышать более чем на 20 К верхнее значение температуры воздуха, поступающего для охлаждения.
Изделия вычислительной техники предназначены для эксплуатации на различных объектах, используемых в одном или нескольких макроклиматических районах. Климатические воздействия в таких районах различны, поэтому климатическое исполнение изделий осуществляют в соответствии с ГОСТ 15150 – 69.
Различают десять основных климатических исполнений изделий :
- У – для умеренного климата со среднегодовым максимумом и минимумом рабочих температур 313 и 228 К;
- УХЛ – для умеренного и холодного климата, когда абсолютные минимумы температуры воздуха ниже 228 К;
- ТВ – для влажного тропического климата, где сочетание температуры, равной или выше 293 К, и относительной влажности, равной или выше 80%, наблюдается примерно 12 ч или более в сутки за непрерывный период от 2 до 12 месяцев в году;
- ТС – для районов сухого тропического климата, в которых средняя ежегодная абсолютная максимальная температура воздуха выше 313 К и которые не отнесены к макроклиматическому району с влажным тропическим климатом;
- Т – как для сухого, так и для влажного тропического климата;
- О – для любого климата (общеклиматическая);
- М – для умеренно холодного климата (в районах морей, океанов или непосредственно на морском берегу, если эти районы расположены севернее 30° северной широты и южнее 30° южной широты);
- ТМ – для тропического морского климата при нахождении изделия в морях и океанах между 30° северной широты и 30° южной широты;
- ОМ – общеклиматическое морское исполнение для кораблей с неограниченным районом плаванием;
- В – всеклиматическое исполнение для суши и моря (кроме Антарктиды).
Применение климатического исполнения для технических средств ЭВМ даёт возможность количественно оценить весь комплекс требований к конструкциям ЭВМ по устойчивости к внешним климатическим воздействиям. Изделия вычислительной техники различных климатических исполнений в зависимости от места размещения при эксплуатации в воздушной среде до высоты 4,3 км, а также под землёй и водой изготавливают по соответствующим категориям размещения (табл. 3). Данные категории размещения не распространяются на летательные и космические аппараты.
Кроме требований по устойчивости к климатическим воздействиям, к конструкции технических средств ЭВМ предъявляются также требования по устойчивости воздействия механическим, радиационным и др. Численные значения этих требований устанавливаются стандарты либо в технических условиях на конкретные изделия ЭВМ. Например, нормирование факторов может быть произведено по ГОСТ 16962 – 71 с указанием степени жёсткости. Воздействие большинства механических и некоторых климатических факторов (тепловые удары, пыль, песок, насекомые и др.) может привести к механическим нарушениям отдельных ЭРЭ и деталей, резьбовых соединений, а следовательно, к нарушению работоспособности аппаратуры. В связи с этим изделия ЭВМ в упакованном виде должны сохранять работоспособность и внешний вид после ударных нагрузок многократного действия с пиковым ударным ускорением не более 15 g при длительности ударного импульса 10...15 мс.
- Требования по использованию комплектующих элементов. В конструкциях ЭВМ необходимо, например, использовать элементную базу (ИМС, ЭРЭ и др.), материалы и покрытия, разрешённые к применению соответствующими перечнями. Элементная база не должна эксплуатироваться в режимах и условиях, более тяжёлых по сравнению с оговорёнными в технической документации на эти элементы
- Требования к конструкции. Эта группа требований определяет наиболее рациональные решения конструктивной базы. Основные из них заключаются в следующем.
Технические средства ЭВМ желательно выполнять на основе определённых систем базовых конструкций с учётом заданного конструктивного исполнения основных типоразмеров, применяя модульный либо блочно агрегатный принцип. Следует максимально использовать унифицированные конструкции.
Конструктивная база призвана обеспечивать: единство внешнего оформления изделий ЭВМ с учётом требований эргономики и технической эстетики, единство конструкции разъёмных соединений; надёжность в работе. Конструкция изделия ЭВМ должна гарантировать: удобство эксплуатации, доступ ко всем сменным и регулируемым элементам, возможность ремонта.
Количественные значения показателей надёжности технических средств ЭВМ устанавливаются для нормальных климатических условий эксплуатации в соответствии с табл. 4. Средний срок службы современных изделий ЭВМ должен быть не менее 10 лет.
В группу требований конструкции включаются также требования: по способам крепления монтажных деталей, несущих конструкций и сборочных единиц, по конструкциям органов управления, к массе изделий и др. В частности, конструкции и расположение разъёмных резьбовых соединений обязаны допускать возможность удобного пользования слесарно-монтажным инструментам. Номенклатура применяемых резьб должна быть минимальной, а резьбовые соединения предохранены от самоотвинчивания. Не рекомендуется разрабатывать отдельные сменные блоки массой свыше 30 кг.
Необходимо, чтобы конструктивное исполнение ЭВМ обеспечивало также организацию серийного производства, а их элементная и конструктивная база была технологичной. Особые требования предъявляются к показателям, характеризующим технологическую рациональность конструктивных решений, а также к показателям преемственности конструкции.
Высокая сложность конструкции ЭВМ приводит к тому, что создание новой ЭВМ обусловлено сильно взаимосвязанными и многофакторными длительными процессами.
Действительно, при проектировании и производстве изделий ЭВМ, определяемые составом выполняемых работ: структурное, функциональное, схемотехническое и конструкторское. Данные виды проектирования обычно и выполняются в указанной последовательности.
При структурном проектировании на основании технического задания разрабатывается структурная схема, определяющая основные структурные части ЭВМ (устройства, блоки и т.п.), их назначение и взаимосвязи. Выбирается системы команд, диагностики и контроля, решаются вопросы обмена информацией между ЭВМ и внешними устройствами и абонентами.
При функциональном проектировании разрабатываются подробные функциональные схемы устройств проектируемой ЭВМ, которые разъясняют определённые процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях или устройствах в целом и детализировать обмен информацией между ними.
В структурном и функциональном проектировании принимает участие сравнительно немного специалистов, но высшей квалификации. Большая часть решаемых ими задач оказывает огромное влияние на разработку и главные показатели будущей ЭВМ.
При схемотехническом(логическом) проектировании разрабатываются подробные принципиальные схемы устройств, ориентированные на определённые системы элементов. Схемотехническое проектирование ЭВМ характеризуется большой трудоёмкостью и, следовательно, требует большого количества разработчиков. Основные задачи схемотехнического проектирования хорошо формализуется и позволяют использовать машинные методы решения (автоматизация проектирования).