1. Условия эксплуатации средств вычислительной
техники
Конструкция современной ЭВМ и системы – комплекс различных по природе деталей, определенным образом, объединенных электрически и механически друг с другом. Этот комплекс деталей способен выполнять заданные функции в заданных условиях и режимах эксплуатации. От правильного выбора этих деталей, материалов, из которых они изготовлены, правильного их размещения, закрепления и объединения зависят важнейшие характеристики машин (быстродействие, объем, масса, потребляемая мощность, допустимые условия эксплуатации, надежность, стоимость и т.д.).
Широкое внедрение ВТ во все сферы человеческой деятельности предопределяет необходимость разработки таких ЭВМ, которые бы имели широкие возможности применения, малую стоимость, небольшую длительность этапа разработки и внедрения ее в производство, максимальную технологичность.
Конструктор – разработчик ЭВМ для обеспечения этих требований в качестве исходных данных использует электрическую схему машины, вид объекта установки машины и общие сведения об уровне производства, предназначенного для выпуска разработанной машины малыми, средними и большими сериями.
От вида объекта установки ЭВМ зависит, какие из факторов в большей степени будут влиять на ее работоспособность.
При определении стоимости ЭВМ, ее надежности, удобства наладки и ремонта, трудоемкости и технологичности имеет большое значение уровень производства.
1.1. Факторы, влияющие на работоспособность ЭВМ и
систем
Электронно-вычислительные машины и системы обычно эксплуатируются в различных условиях, имеющих различную физико-химическую среду и природу. Условия эксплуатации изменяются в очень широких пределах.
Рассмотрим факторы, которые влияют на работоспособность ЭВМ. Они подразделяются на следующие: климатические, механические и радиационные.
К климатическим факторам относят:
- изменение температуры и влажности окружающей среды;
- тепловой удар;
- увеличение или уменьшение атмосферного давления;
- наличие ветра или движущегося потока пыли, песка;
- присутствие активных веществ в окружающей атмосфере;
- наличие солнечного облучения;
- наличие грибковых образований (плесени), микроорганизмов;
- наличие насекомых и грызунов;
- наличие взрывоопасной и воспламеняющейся атмосферы;
- дождь, брызги;
- присутствие в окружающей среде озона.
К механическим факторам относят:
- воздействие вибрации, ударов;
- воздействие линейного ускорения;
- акустический удар;
- наличие невесомости.
К радиационным факторам относят:
- космическую радиацию;
- ядерную радиацию от реакторов, атомных двигателей;
- облучение потоком гамма – фотонов;
- облучение быстрыми нейтронами, бета – частицами, альфа – частицами, протонами, дейтронами.
Некоторые из этих факторов проявляют себя независимо от остальных, а некоторые факторы – в совместном действии с другими факторами той или иной группы. Например, наличие движущихся потоков песка неизбежно приведет к возникновению вибрации в ЭВМ.
1.1.1. Климатические факторы
Температура окружающей среды
Повышение температуры среды, окружающей ЭВМ и ее узлы, связано с одной стороны – с повышением температуры атмосферы, с другой стороны – с выделением теплоты при работе микроэлектронных компонентов.
Как правило, температура внутри ЭВМ больше наружной и это необходимо учитывать при разработке ее конструкции, ведь понижение температуры связано только с изменением температуры атмосферы.
Для того чтобы ЭВМ была работоспособной, необходимо определить допустимый температурный диапазон. При этом ЭВМ должна сохранять работоспособность во включенном, то есть рабочем состоянии.
Для исключения варианта выхода ЭВМ из строя в процессе хранения и транспортировки (в нерабочем состоянии), её конструкцию выполняют такой, чтобы она выдерживала температуры, несколько больше их допустимого диапазона. Такие температуры называют предельными температурами, они характеризуют тепло и холодопрочность конструкции ЭВМ.
Верхние и нижние значения температуры атмосферы окружающей среды при эксплуатации ЭВМ, а также температуры воздуха или другого газа при ее хранении и транспортировании разделяют по степеням жесткости, таб.1:
Таблица 1
Воздействующий фактор
|
Значения
|
Степень жёсткости
|
|
Градусы, оС
|
Рабочие температуры
|
Верхнее
Нижнее
|
40
45
50
55
60
70
85
100
125
155
200
250
315
400
500
+1
-5
-10
-25
-30
-40
-45
-60
-85
|
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
XII
XIII
XIV
XV
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
|
Предельные температуры
|
Верхнее
Нижнее
|
+50
+60
-50
-60
-85
|
I
II
I
II
III
|
Тепловой удар
Тепловой удар – это резкое изменение температуры окружающей среды. При этом время изменения температуры измеряется минутами, а ее перепад – десятками градусов. Такой вид воздействия на ЭВМ крайне нежелателен.
Атмосферное давление
Обычно ЭВМ устанавливается, в зависимости от назначения, на различных объектах. Эти объекты могут располагаться повсюду, как в горах, так и на равнинах, на полюсе или на корабле. И естественно, что атмосферное давление среды окружающей работающую ЭВМ – разное, в зависимости от высоты над уровнем моря. Давление же внутри корпуса постоянно, если корпус машины хорошо герметизирован.
На уровне моря отмечено минимальное давление 91 кПа и максимальное 107,5 кПа. Номинальное значение атмосферного давления – 101,3 кПа. С увеличением высоты над уровнем моря, давление падает.
Рассмотрим таблицу 2, отображающую степени жесткости данного воздействующего фактора:
Таблица 2
Степень жёсткости
|
I
|
II
|
III
|
IV
|
V
|
VI
|
VII
|
VIII
|
IX
|
X
|
Пониженное давление в, Па
|
7*
104
|
53,5*
103
|
26,7*
103
|
12*
103
|
2*
103
|
6,7*
102
|
133,3
|
13,3
|
0,13
|
1,3*
10-4
|
Повышенное давление в, Па
|
0,147*
106
|
0,294*
106
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
Влажность
Самым агрессивным воздействующим фактором является влажность. Этот фактор выступает в виде: дождя, брызг, водяных паров, содержащихся в атмосфере, образование росы, инея с последующим его оттаиванием.
Вода в атмосфере всегда загрязнена активными веществами: углекислыми и сернистыми солями кальция, магния, железа, хлористым натрием, газами (азот, кислород, углекислый газ). Если обсуждать морскую воду, то можно сказать, что в морской воде концентрация соли достигает 5%. Состав речной воды зависит от состава воды источников, их питающих и химической природы размываемых пород.
Капли дождя и брызг о корпус вызывают механические вибрации. Выпадение росы на поверхность аппаратуры происходит при определенной температуре, значение которой зависит от относительной влажности атмосферы.
Зависимости температуры выпадения росы от относительной влажности представлено в таблице 3.
Таблица 3
Относительная влажность, %
|
100
|
80
|
60
|
40
|
20
|
Точки росы, оС
|
15,5
|
12,1
|
7,8
|
2,0
|
-6,6
|
Содержание водяных паров выражается как процент от величины насыщения ими атмосферы. Существует понятие, абсолютная влажность атмосферы – это есть фактическая масса водяного пара в 1 м3. Количество водяного пара в атмосфере сравнительно мало, и если общее содержание влаги остается неизменным, то относительная влажность при повышении температуры уменьшается. Например, если 1 дм3 воздуха содержит 0,07 г влаги при 4,4 ˚С (насыщение), то при более высокой температуре значение относительной влажности будет изменяться, как представлено в таблице 4:
Таблица 4
Температура воздуха, оС
|
4,4
|
10
|
15,5
|
21
|
27,5
|
32
|
38
|
Относительная влажность, %
|
100
|
71
|
50
|
36
|
26
|
19,5
|
14,5
|
Также, количество водяных паров в атмосфере уменьшается с ростом высоты над уровнем моря. В верхних слоях атмосферы воды практически нет.
Степени жесткости, относительной влажности и соответствующих температур, представлены в таблице 5.
Воздействия влажности на металлы и изоляционные материалы по физической природе различно, но имеет одинаковый результат - разрушение исходной структуры вещества, в металлах – коррозии, а в изоляционных материалах – за счет влагопоглощения.
Таблица 5
Степень жесткости
|
I
|
II
|
IV
|
VI
|
VIII
|
Относительная влажность, %
|
80
|
98
|
100
|
98
|
100
|
Температура, оС
|
25
|
25
|
25
|
35
|
35
|
Конденсация влаги
|
нет
|
нет
|
нет
|
нет
|
да
|
Пыль и песок
Пыль и песок в атмосфере обычно передвигаются вместе с движущимися потоками воздуха, постепенно равномерно оседая на все предметы, находящиеся в окружающей среде.
Вблизи городов и тепловых электростанций содержание пыли в атмосфере увеличивается.
Рассмотрим состав пыли – основную часть её состава представляют продукты сгорания (зола, сажа, продукты сгорания серы). Также присутствуют частицы текстильного и растительного происхождения. Размер частиц, образующихся после производственных процессов – достигает 20 мкм. Наряду с этим 95% всего числа пылинок составляют частицы размером 5 мкм.
Концентрация пыли с увеличением высоты над уровнем моря убывает по экспоненциальному закону. Средний уровень концентрации пыли в нашей широте 100 пылинок в 1см3 воздуха, на высоте - 1,5 км в среднем 1 пылинка в 1см3.
Сухие частицы пыли вследствие адсорбирования ионов могут быть заряжены. А заряженные частицы оседают преимущественно на деталях, находящихся под постоянным потенциалом.
Песок состоит из округленных частиц кварца размером 0,06 – 0,8 мм. Наличие песка в атмосфере заметно, особенно в районах с жарким, сухим климатом, его концентрация увеличивается с увеличением скорости движения масс воздуха.
Грибковые образования
Эти образования относят к низшим растениям, которые не имеют фотосинтеза. Отсутствие хлорофилла является причиной того, что для своего роста такие растения используют органические вещества, а в процессе жизнедеятельности – выделяют ферменты (метаболиты), ускоряющие процессы разложения этих веществ. В состав грибковых образований входит вода (до 90%), но, несмотря на это, они гигроскопичны и во влажной атмосфере интенсивно поглощают воду.
Грибковые образования довольно быстро разрастаются. Идеальные условия для их роста – относительная влажность 80-100%, температура 25-35˚С, неподвижность воздуха, отсутствие света (ультрафиолетовой и инфракрасной частей спектра, тормозящих их развитие).
Солнечное облучение
Энергия солнечных лучей, падающих на земную поверхность, составляет около 1,4*103 Вт/м2 и сосредотачивается в основном в области длин волн: 0,2-0,5 мкм.
Активные вещества в атмосфере
Содержание активных веществ в атмосфере значительно больше вблизи морей и океанов, нежели во внутриконтинентальных районах. Если сравнивать жилые и нежилые районы, то, естественно, содержание активных веществ вблизи городов, тепловых электростанций, крупных производств и т. д. гораздо больше, нежели вне их. К ним относятся: сернистый газ, хлористые соли, пары азотной кислоты, щелочей и др.
|
