Анализ мировых тенденций развития и проблем производства электрических соединителей (разъемов)
В настоящее время без электрического соединителя (разъёма) не может существовать и функционировать ни одно устройство, работающее с применением электрического тока.
В соответствии с современной технической терминологией «электрический соединитель» — это электромеханическое устройство, обеспечивающее электрическое и механическое соединение двух блоков электроаппаратуры. Как правило, один из блоков является основным (базовым), второй блок — заменяемым (блок замены или типовой элемент замены ТЭЗ).
В общем случае соединитель (разъем) состоит из двух частей: вилки и розетки, являющихся предметами самостоятельной поставки, устанавливаемыми на различных частях изделия. Поэтому наряду с требованиями обеспечения электрических и механических связей к соединителю предъявляется и такое требование, как обеспечение взаимозаменяемости. Это означает, что при присоединении к базовому блоку любого из нескольких ТЭЗов параметры аппаратуры должны быть неизменными. Кроме того, все основные технические характеристики соединения должны быть стабильны во времени, а также в процессе воздействия любых внешних факторов. Основными из этих факторов являются:
- вибрация;
- механические удары;
- акустический шум;
- повышенное и (или) пониженное давление внешней среды;
- повышенная и (или) пониженная температура внешней среды;
- повышенная влажность;
- атмосферные осадки;
- статическая и динамическая пыль;
- соляной туман;
- плесневые грибы;
- другие коррозионные агенты внешней среды.
Кроме того, для того чтобы уменьшить габариты аппаратуры в условиях чрезвычайно усложненных схемных решений, электрический соединитель (разъем) должен обеспечить наличие максимального количества одновременно соединяемых (разъединяемых) электрических цепей. Это требование предполагает наличие в одном соединителе (разьеме) большого количества контактов (контактных пар), через которые могут проходить токи величиной от 10–6 до 50 А при рабочих напряжениях от 10–3 до 103 В. (Эти параметры относятся к обычным соединителям. Специальные соединители (разъемы) могут иметь и другие характеристики.) Рабочие частоты электрического тока, проходящего через соединители (разьёмы), могут достигать 100 ГГц.
Перечисленные требования лишь в общей степени характеризуют условия работы электрических соединителей (разъемов) и их технические характеристики, но достаточно верно оценивают сложность технических задач, которые приходится решать разработчикам соединителей (разъемов) с целью обеспечения их высокого качества. По оценкам специалистов, 50% отказов электроаппаратуры происходит из-за недостаточного качества электрических соединителей (электроразъемов).
Поэтому во всем мире в условиях расширения функций и усложнения аппаратуры идет борьба за качество электрических соединителей (разъёмов).
Основные тенденции повышения качества соединителей (разьёмов) технически достаточно очевидны. Это:
- разработка новых оригинальных конструктивных решений;
- выбор (разработка) более качественных материалов для изготовления соединителей (разъемов);
- разработка новых технологических процессов изготовления соединителей (разьемов);
- обеспечение снижения степени воздействия внешних факторов непосредственно на электрический соединитель (разъем);
- разработка новых методов монтажа соединителей (разъёмов) в аппаратуре.
Работы по всем направлениям, как правило, происходят комплексно с одновременным достижением заданных целей, что приводит к существенному повышению качества при одновременном снижении стоимости соединителей (разъемов).
Рассмотрим мировые тенденции повышения качества электрических соединителей (разьемов) подробнее.
1. Разработка новых оригинальных конструктивных решений. Это:
- сравнительное «упрощение» конструкции контактов (контактных пар) и резкое увеличение плотности их расположения;
- поиск новых конструктивных решений, улучшающих качество соединения (разъёма).
2. Выбор (разработка) более качественных материалов для изготовления соединителей (разъемов).
При совершенствовании электроизоляционных материалов ставятся следующие цели:
- повышение срока службы материала при неизменности его свойств;
- повышение его технических характеристик;
- повышение его технологичности.
А также:
- улучшение технологических свойств электропроводящих материалов для контактных пар;
- разработка новых и совершенствование известных покрытий контактных пар.
3. Разработка новых технологических процессов изготовления соединителей (электроразъёмов).
В этом направлении основные тенденции развития следующие:
обеспечение стабильности технологических процессов;
разработка технологических процессов, основанных на новых научных направлениях, например, применение «нанотехнологий» для управления такими параметрами, как усилие сочленения, сопротивление контактов и т. п.
4. Обеспечение степени воздействия внешних факторов непосредственно на соединитель (разъём). Это:
- снижение массы и габаритов электронной аппаратуры и самих соединителей (разъемов);
- снижение (вплоть до нулевых значений) степени передачи внешних воздействий непосредственно через соединитель (разьём);
- тщательная проработка конструкции аппаратуры с целью уменьшения количества элементов комплектуемых соединителями (разъемам).
5. Разработка новых методов монтажа соединителей (разъёмов) в аппаратуре. Это:
- создание групповых методов монтажа;
- создание новых методов монтажа (например «пресс-фит»).
Работа по повышению качества соединителей (разьемов) не исчерпывается изложенными тенденциями и направлениями. В нашем постоянно меняющемся мире возникают новые технические решения старых проблем, и основной мировой тенденцией в области качества соединителей является постоянный рост основных качественных характеристик — долговечности, срока службы, наработки на отказ.
В настоящее время у лучших образцов соединителей эти характеристики достигли следующих величин:
- долговечность — 250 000 часов;
- срок службы — до 30 лет;
- наработка на отказ — 250 000 часов при доверительной вероятности равной 99,5%.
Разработка и производство электрических соединителей (разъемов) в СССР были начаты, как и в других технически развитых странах, в 40-х годах XX века, и до начала 1990-х годов отечественные соединители (разьёмы) по своему техническому уровню, качеству и надежности находились на уровне лучших мировых аналогов, а по некоторым характеристикам и превосходили их.
Отставание отечественных соединителей (разъёмов) от мирового уровня произошло в период 1992–2000 гг. Ухудшилось не качество, а конструктивные характеристики, такие как:
- количество контактов;
- плотность расположения контактов;
- массо-габаритные характеристики;
- технологические возможности изготовления электрических соединителей.
Особенно на состоянии отечественного производства соединителей (разъемов) сказалось технологическое отставание, так как с повышением плотности и точности расположения контактов резко возрастают требования к точности изготовления технологической оснастки (пресс-форм и штампов). В настоящее время в России выпускается недостаточно станков для производства такой оснастки, как по номенклатуре, так и по количеству.
Не хватает и отечественных высокотехнологичных, долговечных электроизоляционных материалов, имеются в виду стеклонаполненные термопластичные пластмассы, необходимые для изготовления изоляторов любого современного соединителя.
Отечественное производство электропроводящих медных сплавов пострадало в меньшей степени, но и здесь необходимо проводить работы по увеличению точностных параметров бронзы и латуни, необходимых для производства контактных пар.
Но особенно резко на техническом уровне отечественных соединителей (разъёмов) сказались отказ государства от организационного и технического регулирования разработки и производства электрических соединителей (разьемов), а также ликвидация ряда предприятий, разрабатывающих соединители (разъемы).
В настоящее время оставшиеся отечественные предприятия в основном занимаются только «импортозамещением», то есть освоением производства наиболее массовых серий соединителей (разъемов), выпускаемых ведущими фирмами мира. Но полноценное импортозамещение сдерживают нехватка высокоточного оборудования для изготовления технологической оснастки и отсутствие отечественных высокотехнологичных электроизоляционных материалов.
Что касается кадрового потенциала, то здесь можно отметить следующее: как и в других отраслях ВПК, средний возраст специалистов слишком высок, а уровень их зарплат низок. Но несмотря на это, имеющийся кадровый состав предприятий по производству соединителей еще может выполнять свои задачи по поддержанию качества изделий на требуемом уровне.
Таким образом, для выхода отечественного производства электрических соединителей (разъемов) на современный технический уровень и повышения качества и надежности изделий необходимо:
1. Усилить роль государства в организационном и техническом регулировании производства современных соединителей (разъёмов). На наш взгляд, это можно осуществить на базе создания соответствующих программ по возрождению отечественной электроники.
2. Поддержать оставшиеся отечественные предприятия по производству отечественных соединителей (разьемов) финансово, а также размещая на них заказы на поставки уже освоенных современных изделий. Причем основное финансирование должно быть направлено на закупку современного технологического оборудования, что однозначно позволит:
- не увеличить инфляцию;
- создать производство высококачественных импортозамещающих изделий;
- увеличить количество рабочих мест в России;
- выйти на мировой рынок с отечественными высокотехнологичными изделиями массового производства.
3. Создать на предприятиях-производителях электрических соединителей (разъемов) современные системы управления качеством ЭРИ.
Электрический соединитель (РАЗЪЁМ) является ключевым элементом в обеспечении высокого качества радиоэлектронной аппаратуры, так как порядка 50% отказов аппаратуры так или иначе связаны с качеством электрических соединителей (электроразъёма). Поэтому так велика роль и необходимость стратегического планирования в этой области.
Основные направления стратегического планирования в области повышения качества электрических соединителей (впрочем, как и всех ЭРИ) следующие:
- Создание на основе имеющегося технологического и организационного мирового опыта системы стандартизации основных параметров соединителей, задающей перспективные качественные характеристики, такие как срок службы, стойкость к внешним воздействующим факторам и т. п.
- Обеспечение техническими и организационными мероприятиями достижения перспективных качественных характеристик.
Указанные направления взаимосвязаны, и основная задача планирования в области повышения качества состоит в правильном определении тенденции дальнейшего развития и продвижения технического (конструктивно-технологического) уровня соединителей. Эта задача является достаточно сложной, и решать ее надо на уровне единого государственного (или корпоративного) подразделения, в котором должны быть сосредоточены основные управляющие элементы (финансовые и организационные).
