Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский Государственный Университет
Информатики и Радиоэлектроники
Кафедра: современных электронных технологий
Факультет: компьютерного проектирования
КОМПЛЕКТ ДОКУМЕНТОВ
на технологическую инструкцию проведение
измерений электронным измерителем УЗ-вибраций
Разработал (П.В. Фалькович)
Руководитель (В.Л. Ланин)
Нормоконтролер (С.И. Саковец)
Содержание
Введение
1 Анализ методов и устройств для измерения УЗ - колебаний
2 Анализ технического задания
3 Выбор функциональных элементов, материалов и деталей, расчет компоновочных характеристик
3.1 Выбор функциональных элементов
3.2 Выбор материалов и деталей
3.3 Расчет компоновочных характеристик
4 Расчет показателей надежности проектируемого устройства
5 Разработка печатной платы и передней панели
6 Анализ технологичности конструкции прибора
7 Разработка технологической инструкции на применение прибора
8 Технико-экономическое обоснование
9 Охрана труда и экологическая безопасность
Заключение
Список использованных источников
Приложение А. Расчет технологичности конструкции
Приложение Б. Комплект документов на технологическую инструкцию измерений электронным измерителем УЗ-вибраций
Приложение В. Справка об исследовании патентной и научно-технической литературы.
Приложение Г. Перечень элементов на схему электрическую принципиальную электронного измерителя УЗ-вибраций.
Приложение Д. Спецификация на сборочный чертеж платы измерителя.
Приложение Е. Спецификация на сборочный чертеж электронного измерителя вибраций.
Введение
Прогресс в технологии РЭА достигается сейчас совершенствованием инструментов, оборудования, используемых материалов, а также путём разработки новых, более эффективных технологических процессов. Перспективным является применение перспективных методов электрофизического воздействия на процессы пайки, включая использование энергии ультразвуковых /УЗ/ и электромагнитных колебаний, инфракрасного /ИК/ и видимого излучений, электронного и ионного лучей.
При эксплуатации УЗ аппаратуры в целях интенсификации различных технологических процессов, необходимо проводить систематический контроль амплитуды колебаний излучателей ультразвука.
Для измерения амплитуды ультразвуковых колебаний, в основном, используют приборы на основе оптических, пьезоэлектрических и индуктивных датчиков. Однако эти приборы не позволяют осуществить непрерырывное измерение амплитуды колебаний ультразвуковых инструментов в процессе выполнения технологических процессов.
Эти недостатки устранены в разработанном приборе, в основу которого положен принцип регистрации амплитуды по изменению амплитуды электрических колебаний, генерируемых пьезоэлементом.
Прибор предназначен для измерения амплитуды колебаний и настройки в резонансный режим работы УЗ технологического оснащения процессов пайки, сварки, очистки и др.
Доклад
Темой данного дипломного проекта является разработка электронного измерителя амплитуды УЗ-вибраций.
В настоящее время для измерения амплитуды ультразвуковых колебаний используют контактные и бесконтактные методы на основе оптических приборов, пьезоэлектрических и индуктивных датчиков. Однако эти приборы не позволяют осуществить непрерывное измерение амплитуды колебаний ультразвуковых инструментов в процессе выполнения технологических процессов и серийно промышленностью не выпускаются. Таким образом, была поставлена задача, сконструировать прибор, который мог бы с высокой точностью измерять амплитуду УЗ-вибраций.
Способ измерения амплитуды механических колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента, основан на преобразовании амплитуды механических колебаний в электрическое напряжение.
Для автоматического контроля колебаний, при котором отсутствует перестановка датчика, и изменения измерительного зазора малы, предложено устройство, позволяющее получить стабильную чувствительность.
К устройству подключается выносной вибродатчик, который при контакте с поверхностью работающего УЗ-инструмента, преобразовывает механические колебания последнего в электрический сигнал синусоидальной формы. Датчик вибраций включает металлический волновод, жестко соединенный с ручкой из изоляционного материала. Во внутренней полости ручки на расстоянии, равном j/4 от не рабочего торца волновода (j – средняя длинна УЗ-колебаний в материале волновода для исследуемых частот), жестко, например методом пайки, закреплена упорная пластина, а между ней и демпфером из материала с низкой акустической добротностью расположен пьезоэлектрический преобразователь, изготовленный из пьезокерамики ЦТС-21 в форме кольца диаметром 10-20 мм.
Электрическое напряжение с обкладок пьезоэлемента снимается с помощью латунных контактов и по высокочастотному кабелю передается на измеритель. Рабочий конец датчика оканчивается иглой, изготовленной из высокопрочной инструментальной стали, и припаянной к торцу волновода припоем ПСр45. Снаружи внутренний объем ручки, где размещен пьезоэлектрический преобразователь, защищен прокладкой из термостойкокой резины.
Напряжение с датчика поступает на измеритель вибраций, который состоит из: делителя входного напряжения, усилителя-дискриминатора, детектора средневыпрямленного напряжения, источника образцового напряжения, внутреннего генератора, инвертора зажигания символов запятой, аналогово-цифрового преобразователя, индикатора (см чертеж – А1).
Напряжение электрического синусоидального сигнала с датчика, приведенное входным делителем к интервалу 0-200 мВ поступает на операционный усилитель, который служит для получения линейности детектирования в 1%. Для этого усиление ОУ должно быть не мене 40 дБ. Далее, напряжение, поступившее с датчика, детектируется детектором средневыпрямленных напряжений. На его выходе получаем средневыпрямленное напряжение пропорциональное измеряемому колебанию, который подается на сигнальный вход АЦП. На эталонный вход АЦП с источника образцового напряжения подается опорное напряжение. Преобразователь из аналогового сигнала, полученного с детектора, выделяет цифровой код. Этот код определяется отношением входного напряжения к опорному с учетом фиксированного числа импульсов тактовой частоты АЦП. Тактовая частота преобразователя задается внутренним генератором и должна быть равна 50 кГц. Далее выделенные напряжения с АЦП в виде цифрового кода подаются на ЖКИ.
Корпус состоит из основания и передней панели, на которой расположены табло индикации и включатель питания прибора. Переключатель пределов измерения расположен на левой боковой стенке прибора. На верхней боковой стенке прибора расположен разъем для подключения датчика. Конструкция прибора удобна для пользования и ремонта.
При работе с прибором следует пользоваться технологической инструкцией, а так же соблюдать правила безопасности при работе с ультразвуком.
Экономический эффект от производства прибора составит 117165900 руб. Прибор окупает себя на третьем году производства.
1.
АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УЗ ВИБРАЦИЙ
При эксплуатации ультразвуковой (УЗ) аппаратуры в целях интенсификации различных технологических процессов необходимо проводить систематический контроль амплитуды колебаний излучателей ультразвука и технологического инструмента, которая оказывает определяющее влияние на качество обработки. Для измерения амплитуды ультразвуковых колебаний используют контактные и бесконтактные методы на основе оптических приборов, пьезоэлектрических и индуктивных датчиков. Однако эти приборы не позволяют осуществить непрерывное измерение амплитуды колебаний ультразвуковых инструментов в процессе выполнения технологических процессов и серийно промышленностью не выпускаются.
Способ измерения амплитуды механических колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента, основан на преобразовании амплитуды механических колебаний в электрическое напряжение. Данный способ служит для повышения точности измерений при обработке токопроводящих поверхностей. При этом непосредственно через зону динамического воздействия инструмента с обрабатываемой поверхностью пропускают постоянный электрический ток и измеряют в этой зоне длительность нарушения электрического контакта, по которой определяют значение амплитуды механических колебаний.
Для оперативного контроля режимов работы УЗ колебательных систем широко известны приборы, принцип действия которых основан на использовании индуктивного параметрического способа измерения амплитуд колебательных смещений. При таких измерениях на небольшом расстоянии от колеблющейся поверхности располагается датчик-катушка индуктивности, включенная в колебательный контур электрического генератора. Колебания поверхности вызывают соответствующую частотную модуляцию сигнала генератора. Полученная информация обрабатывается частотным детектором. Основной сложностью является зависимость чувствительности прибора от ширины измерительного зазора, которая может изменятся под воздействием случайных факторов. Существует возможность устранения в некоторых пределах этой зависимости посредством соответствующего изменения коэффициента передачи измерительного тракта виброметра в соответствии с изменением средней величины измерительного зазора.
Для автоматического контроля колебаний, при котором отсутствует перестановка датчика, и изменения измерительного зазора малы, предложено устройство, позволяющее получить стабильную чувствительность в некотором интервале изменения зазора.
Устройство состоит: датчик; делитель входного напряжения; усилитель-дискриминатор; детектор средневыпрямленного напряжения; генератор образцового напряжения; внутренний генератор; инвертор зажигания символов запятой; аналогово-цифровой преобразователь; индикатор.
При колебаниях поверхности напряжения на выходе автогенератора изменяется по закону:
(1.1)
где - средняя частота генератора; f - частота колебаний поверхности; @W - амплитуда девиации частоты автогенератора; t - время.
Сигнал на выходе автогенератора несет таким образом информацию о мгновенном расстоянии между датчиком и колеблющейся поверхностью, включая сюда и его среднее значение. На выходе частотного детектора можно получить два сигнала - постоянное или медленно изменяющееся напряжение, зависящее от среднего расстояния между датчиком смещения и колеблющейся поверхностью, а также переменное напряжение УЗ-частоты, амплитуда которого пропорциональна амплитуде смещения :
(1.2),
где - чувствительность.
Экспериментальное исследование зависимости чувствительности S от расстояния r выявило ее нелинейный характер. Обработка экспериментальных данных позволила установить, что в пределах 1-3 мм изменения r ход чувствительности S с расстоянием, может быть аппроксимирован экспоненциальной зависимостью:
(1.3),
где d и B-постоянные.
Изменение же сигнала на выходе частотного детектора описывается функцией:
(1.4),
где Ео - некоторая постоянная величина, которую можно трактовать в качестве сдвига уровня напряжения.
Поскольку амплитуда напряжения УЗ-частоты Um
может быть выражена через чувствительность S в виде Um
=SА0
, то, отнеся ее к величине (Е0
-U0
), получим, что нормированное таким образом напряжение не зависит от среднего расстояния:
, (1.5)
На основе этих предпосылок основано электронное устройство, схему которого был введен каскад, позволяющий получить частное от деления сигнала, соответствующего амплитуде УЗ колебаний, на сигнал, соответствующий среднему значению ширины зазора, т.е. осуществляет приборную реализацию предложенного алгоритма.
Таким образом, предложено и реализовано в виде лабораторного макета новое устройство для бесконтактного параметрического измерения амплитуды УЗ колебаний, чувствительность которого при изменении ширины измерительного зазора на > 0,5 мм остается неизменной. Сравнительно малый диапазон измерительных зазоров, для которых применима экспоненциальная аппроксимация зависимости чувствительности, не благоприятствует использованию построенных на этом принципе приборов для абсолютного измерения.
Для создания автоматических систем питания инструмента с помощью акустической обратной связи перспективны новые пьезоактивные материалы - пьезополимеры в виде пленки толщиной 10-20 мкм из поливинилденфторида с примесью фторопласта Ф2МЭ. Пленка изготавливалась методом экструзии с последующей вытяжкой, металлизировалась с обеих сторон алюминием и поляризовалась электрическим полем 600 кВ/см при температуре 70°С .
Датчики представляли собой образцы пленки размером 1х1 см, наклеенные в пучность деформации. Ось ориентации пленки совпадала с направлением колебаний вдоль оси стержня. Напряжение на электродах пленки пропорционально средней по ее длине деформации:
, (1.6)
где Х2
и Х1
-координаты начала и конца пленки по оси, U(Х2
)и U(Х1
)-колебательные смещения в этих точках, q -чувствительность образца пленки к деформации.
Величина q вычисляется из уравнений пьезоэффекта
, (1.7)
где D31-пьезомодуль материала, C11-модуль упругости, E -диэлектрическая проницаемость, E0
=8,85×10-12
Ф/м, t -толщина пленки.
Экспериментально измеренные данные:
d = (12-18)×10-12
Кл/н, на частоте 1 кГц =9,8-10;
модуль упругости (2,0-2,2)×109
Н/м.
Чувствительность датчиков по амплитуде на частоте 40-60 кГц была в пределах 100-300 мВ/мкм в зависимости от коэффициента усиления.
Оптический метод измерения амплитуды с помощью микроскопа широко распространен и применяется часто за эталонный, однако он дает большую погрешность при измерении малых амплитуд и неудобен в эксплуатации. Метод, основанный на интерференции лазерного излучения, абсолютный и очень точный, имеет ограничение по динамическому диапазону и является достаточно сложным и громоздким.
Оптические датчики основаны на модуляции колеблющимся объектом светового потока: отраженного от объекта или работающего «на просвет».
Существенным элементом датчика, работающего на «отражение», является световод, представляющий собой два пучка оптических волокон, собранных на одном конце в жгут, торец которого и является чувствительным элементом. На противоположном конце один из пучков совмещается источником света , а другой - подводится к фотоприемнику , преобразующий световой сигнал в электрический.
В приемник луча попадает световой поток, отраженный от поверхности. Зависимость освещенности Е приемного пучка и, следовательно, величина светового тока через фотоприемник от расстояния между чувствительным элементом и поверхностью имеет ярко выраженный максимум.
Диапазон измерительных величин А, мкм 0,1-500
Диапазон частот, кГц 0,05-100
Относительная погрешность, % 5
Диапазон компенсирующих коэффициентов 0,21
Погрешность, вызванная наклоном световода относительно поверхности 0,5
Калибровка датчика «на отражение» проводилась с помощью регенеративной лазерной интерфериционной установки.
Разработан ультразвуковой виброметр для измерения амплитуды механических колебаний объекта, например ультразвуковых преобразователей.
Сигнал с автогенератора, в состав которого входят параметрический датчик смещений и конденсатор, подается на усилитель - дискриминатор, а затем - на частотный детектор. Коммутатор периодически шунтирует конденсатор, что вызывает модуляцию сигнала на выходе частотного детектора. На выходе первого амплитудного
детектора сигнал пропорционален измеряемому колебанию, а на выходе второго амплитудного детектора - величине эквивалентного изменения зазора, определяемой емкостью конденсатора.
Недостатком рассмотренных конструкций виброметров является их сложность и ограниченная область применения.
Для контроля работы ультразвуковых преобразователей с волноводами и концентраторами целесообразнее применять ёмкостные или индуктивные датчики. Принцип одного из методов, на котором основано применение этих датчиков, заключается в ёмкости или индуктивности цепи высокочастотного генератора с частотной модуляцией амплитуды смещения концентратора. Глубина частотной модуляции пропорциональна амплитуде смещения. Другой принцип работы индуктивного датчика состоит в изменении потока в его магнитной цепи, которое происходит при колебаниях волновода. Индуцированное в обмотке датчика напряжение пропорционально смещению преобразователя. Датчики выполнены таким образом, что с их помощью можно измерять колебания на металлических деталях. Датчики устанавливают на расстоянии 0-2 мм от поверхности, что гарантирует получение оптимальных результатов. Электрический выход датчика подсоединяют к юстированному усилителю с прямым считыванием измеряемой величины. В датчиках этого типа сигнал (0,5-100 мВ) пропорционален амплитуде скорости смещения или знакопеременному напряжению в диапазоне частот 16-100 кГц. Индуктивные датчики представляют собой компактный блок, защищённый от истирания и повреждений полиэфирным покрытием, с кабелем, имеющим соответствующий вывод для соединения с измерительным прибором.
Электродинамические датчики основаны на эффекте возникновения вихревых токов в металлическом волноводе, движущемся поле постоянного магнита. Электродинамические датчики разделяются по конструкции на два типа: с накладной катушкой и с проходной. Электродвижущая сила, наводимая в измерительной катушке датчика накладного типа, обусловлена продольной составляющей колебаний стержня, а у датчика проходного типа - пуассоновскими колебаниями.
Электродинамические датчики пригодны для измерения амплитуд смещений и деформаций по длине волноводов, изготовленных из неферромагнитных материалов. В ферромагнитных материалах наряду с электродвижущей силой, обусловленной вихревыми токами, в катушке датчика возникает электродвижущая сила из-за обратного магнитострикционного эффекта, что искажает показания датчика.
Недостатком датчиков такого типа также является то, что их чувствительность сильно зависит от величины зазора. Всё это в некотором отношении ограничивает применение электродинамических датчиков.
Для измерения амплитуд смещений и деформаций с успехом могут быть использованы специальные тензодатчики. Эти датчики размером 3×3 мм2
изготавливали из проволоки сплава ТД-ИМ23ХЮ диаметром 40 мкм в виде плоской пружины. Пружину помещали между двумя листами бумаги размером 5×5 мм2
. Изготовленные таким образом тензодатчики наклеивали на поверхность волновода клеем БФ и отжигали в печи по следующему режиму: через каждые два часа температуру отжига от 90°C повышали на 20°С. Сопротивление тензодатчика измеряли по мостовой схеме.
При измерениях тензодатчики наклеивали в середине полуволнового стержня, где амплитуда деформаций определяется согласно выражению
. (1.8)
Градуировка датчиков была линейной вплоть до амплитуд xm0
= 40 мкм, т.е. они, могут быть использованы для измерений em
при больших мощностях звука.
Разработан лазерный доплеровский измеритель (ЛДИ-01) , который позволяет проводить регистрацию и измерение параметров механических колебаний (вибраций) самых разнообразных объектов, деталей и поверхностей:
- измерение осевых и поперечных механических колебаний вращающихся объектов (валов двигателей, станков и т.д.);
- определение и контроль амплитуд колебаний ультразвуковых излучателей различного назначения;
- исследование механических колебаний хрупких и легких конструкций (мембраны, зеркала, оптика);
- изучение вибраций весьма малых участков поверхности в различных направлениях и получение поточечного вибропортрета.
Дистанционный бесконтактный метод измерения механических колебаний, используемый в ЛДИ-01, удовлетворяет требованиям современной промышленности, предъявляемым к данного рода измерениям.
Прибор не требует специальных знаний и дополнительного оборудования при работе с лазерным излучателем, что обеспечивает удобство и надежность в эксплуатации.
В ЛДИ-01 предусмотрен аналоговый выход для подключения осциллографа, анализатора спектра и других приборов, позволяющих получить дополнительную информацию об объекте (тип и устойчивость колебаний, паразитные биения и т.п.).
Достоинством данного прибора является высокая точность измерений, которая гарантируется сравнением вибрационного перемещения с длинной световой волны когерентного источника. Прибор, при необходимости, может измерять колебания сверхмалых амплитуд (от 10 нм до 0,3 мкм).
Недостатком является сложность конструкции прибора и высокая стоимость.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА.
Измерение на расстоянии:
- при использовании световозвращающего элемента (покрытия), м 0,1-10
- от диффузно отражающей поверхности, м 0,1-3
Максимальная виброскорость, м/с 1,0
Диапазон амплитуд, мкм 0,3-10
Частотный диапазон, Гц 10-10
Мощность лазерного излучателя, мВт 0,5
Абсолютная погрешность измерения, мкм 0,1
2 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Для разработки конструкции и технологии изготовления, какого-либо устройства необходимо проанализировать основные требования к нему и условиям его эксплуатации. По результатам этого анализа можно определить порядок проектирования, перечень необходимых расчетов, заранее предусмотреть наиболее существенные конструктивные решения.
Анализ пунктов технического задания может быть произведен в следующей последовательности:
1) анализ возможности применения той или иной элементной базы для построения устройства с целью обеспечения выполнения им заданных функций;
2) определение основных составных частей проектируемого изделия и их основных конструктивных особенностей;
3) определение необходимости проведения различных конструкторских расчетов;
4) анализ необходимости применения в конструкции решений для уменьшения влияния дестабилизирующих факторов;
5) определение перечня вопросов, которые должны быть рассмотрены при разработке технологической инструкции к устройству;
6) определение методики расчета технико-экономических показателей проектируемого устройства;
7) определение основных мероприятий по защите обслуживающего персонала.
Как правило, достаточно сложное изделие электронной техники содержит в своем составе широкий набор различных электронных элементов, выполняющих различные функции. В то же время они могут существенно отличаться по своим основным характеристикам, таким, как быстродействие, потребляемая мощность, совместимость по уровням сигналов и др. Поэтому при проектировании должно быть уделено внимание тому, что в составе устройства могут работать элементы с более или менее одинаковыми значениями основных параметров.
Целесообразность применения различных типов печатных плат (двусторонних, многослойных) может быть определена на основании проведения конструкторских расчетов (расчета трассировочной способности плат, элементов печатного монтажа, паразитных связей) с обязательным учетом технико-экономических показателей. Исходя из этого, предлагается использовать в проектируемом устройстве двустороннюю печатную плату. В соответствии с техническим заданием проектируемое устройство предполагается использовать в специально оборудованном помещении, в котором стабильно поддерживаются температура окружающей среды и относительная влажность воздуха. Поэтому специальные методы защиты от климатических факторов не предусмотрены.
При рассмотрении вопросов технологии изготовления аппаратуры обязательным является расчет частных и комплексного показателей технологичности. На основании его можно судить о правильности принятых конструктивных решений и своевременно внести изменения в конструкцию устройства. В связи с тем, что годовая программа выпуска проектируемого устройства невелика (100 штук), и тип производства для данного случая может быть мелкосерийным или, в крайнем случае, серийным, критерием оптимальности технологического процесса может считаться его трудоемкость.
Целесообразность проектирования, и в дальнейшем производства новой техники может быть оценена при расчете годового экономического эффекта при производстве новых средств труда. На основе результатов данного расчета может быть сделано заключение о возможности внедрения в производство разработанного устройства.
Особое внимание при использовании средств вычислительной техники следует уделять рассмотрению вопросов обеспечения безопасности работы обслуживающего персонала. Наиболее неблагоприятным фактором при работе с измерителем вибраций является влияние ультразвуковых излучений. Поэтому в дипломном проекте предполагается введение специального раздела, посвященного расчету необходимых средств защиты обслуживающего персонала от воздействия неблагоприятных факторов.
Техническим заданием на дипломный проект является разработка конструкции малогабаритного цифрового виброметра с использованием жидкокристаллического индикатора. Цель проекта создание более удобной и компактной модели измерителя в сравнении с предыдущей.
Масса его не должна превышать 0.3 кг, габаритные размеры не должны превышать 150х75х35 мм. Питание должно осуществляться от внутреннего источника тока напряжением 9В±10%. Время наработки на отказ - не мене 1000 часов.
Исходя из вышеизложенного виброметр, должен представлять собой малогабаритный измерительный прибор с автономным источником питания, на передней панели которого расположены цифровой жидкокристаллический индикатор, выключатель питания и переключатель пределов.
Необходимо предусмотреть разъем для подключения вибродатчика.
3. ВЫБОР ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, МАТЕРИАЛОВ И ДЕТАЛЕЙ, РАСЧЕТ КОМПАНОВОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
3.1 Выбор функциональных элементов
При разработке схемы электрической принципиальной используем следующие виды элементов:
- микросхемы;
- резисторы;
- конденсаторы;
- индикатор;
- переключатели.
Разрабатываемый прибор должен быть переносным и малогабаритным. Отсюда можно сделать вывод о применении в блоке электрорадиоэлементов, обладающих минимальной потребляемой мощностью.
Выбор типа диодов проводим, исходя из следующих соображений:
диоды должны быть высокочастотными или универсальными;
должно соблюдаться соответствие электрических параметров диодов схеме электрической принципиальной;
применение диодов по возможности с минимальными типоразмерами.
Этим требованиям соответствуют диоды типа КД - 522Б.
Применение резисторов типа С2-33H-0.125 обусловлено тем, что фактическая рассеиваемая мощность их не превышает 0.125 Вт.
В качестве индикатора применяется жидкокристаллический индикатор, так как он обладает хорошим качеством изображения, сравнительно малой потребляемой мощностью.
Для выбора режимов работы в приборе применены переключатели типа КМ1-I и КМ1-II. Их выбор обусловлен отсутствием фальшпанели и их установка производится непосредственно на печатную плату.
3.2 Выбор материалов и деталей
Корпус разрабатываемого прибора должен обладать высокой надежностью, иметь малые габариты и вес. Материал, соответствующий данным требованиям - полистирол. Данный материал предназначен для изготовления конструкций средней прочности, к которым предъявляются требования повышенной долговечности при переменных нагрузках..
Для изготовления панели индикации выбираем поликарбонат ПК1 ТУ6-05-1762-81 прозрачный. Данный материал - продукт поликонденсации сложных эфиров угольной кислоты, по прочности, термостойкости и химической стойкости среди других термопластов занимает среднее положение, обладает высокой ударостойкостью, малой текучестью под нагрузкой, стоек к маслам, топливу, воде, растворяется в метиленхлориде, хлороформе, под действием кислот и щелочей не растворяется.
Печатная плата изготавливается из стеклотекстолита марки СФПН 1,5 – 50 ТУ – 6 – 05 – 1776 – 88.
3.3 Расчет компоновочных характеристик
Компоновка - размещение в пространстве или на плоскости различных элементов РЭА - одна из важнейших задач при конструировании. Основная задача, решаемая при компоновке РЭА, - это выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение веса и расположения в пространстве любых элементов или изделий радиоэлектронной аппаратуры.
На практике задача компоновки РЭА чаще всего решается при использовании готовых элементов (радиодеталей) с заданными формами, размерами и весом, которые должны быть расположены в пространстве или на плоскости с учетом электрических, магнитных, тепловых и других видов связей.
Компоновочные характеристики и документы способствуют лучшему взаимопониманию не только всех разработчиков данного изделия, но и заказчиков, которые могут субъективно сравнивать как подобные, так и разные по характеру системы.
Методы компоновки элементов РЭА можно разбить на две группы: аналитические и модельные. К первым относятся численные и номографические, основой которых является представление геометрических параметров и операций с ними в виде чисел. Ко вторым относятся аппликационные, модельные, графические и натурные методы, основой которых является та или иная физическая модель элемента, например в виде геометрически подобного тела или обобщенной геометрической модели.
При аналитическом определении объемов замещающих фигур стремятся свести их количество к минимуму, а размеры брать такими, чтобы сразу можно было получить значения установочного объема Vуст
. Значение Vуст
и подобных параметров элементов РЭА можно вычислить, пользуясь выражением
, (3.1)
где КП
- компоновочный параметр; K
- коэффициент пропорциональности; m
- количество компоновочных параметров N
i
. Для расчета объема, веса и потребляемой мощности выражение (3.1) можно представить так:
, (3.2)
, (3.3)
, (3.4)
. (3.5)
Здесь V
- общий объем изделия; K
v
- обобщенный коэффициент заполнения объема изделия элементами (иногда используют обобщенный коэффициент увеличения объема Kу
, больший единицы, так как Kу
= 1/k
v
);
V
oi
и V
ai
- значения установочных объемов однотипных V
o
и единичных V
a
i-х элементов;
G
- масса аппарата;
K
g
- обобщенный коэффициент объемной массы изделия;
G’
- объемная масса аппарата;
Kп
- коэффициент, учитывающий потери PПИТ
.
Значения k
v
лежат в пределах от 0,2 до 1, Vуст
- от долей см3
до сотен дм3
, K
g
- от 1,2 до 3, G
i
- от долей грамма до нескольких килограмм, G’
- от 0,4 до 1,6 г/см3
, Kп
- от 1 до 1,2.
Исходными данными для расчета являются:
- количество элементов в блоке;
- установочная площадь каждого элемента;
- установочный объем каждого элемента;
- установочный вес каждого элемента;
- активная площадь блока;
- активный объем блока;
- физическая площадь блока;
- физический объем блока;
- активный вес блока.
Результаты расчета компоновочных характеристик приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1.Результаты расчета компоновочных характеристик.
| Тип элемента | Количество, шт | Объем, мм3
|
Площадь, мм2
|
Масса, г |
| Конд.0.01 мкФ | 2 | 0.72 | 0.8 | 1 |
| 0.68 мкФ | 1 | 0.72 | 0.8 | 1 |
| 0.22 мкФ | 1 | 0.72 | 0.8 | 1 |
| 0.1 мкФ | 1 | 0.72 | 0.8 | 1 |
| 0.47 мкФ | 1 | 0.72 | 0.8 | 1 |
| 100 пФ | 1 | 0.72 | 0.8 | 1 |
| ИМС 8 выв. | 1 | 1.0 | 1.0 | 3.2 |
| 40 выв | 1 | 7.5 | 7.5 | 10 |
| Индикатор | 1 | 22.75 | 22.75 | 20 |
| Резисторы МЛТ | 1 | 1.3 | 1.2 | 0.5 |
| С2–33Н – 0.125 | 14 | 0.12 | 0.37 | 0.15 |
| СП3 – 19 | 4 | 0.72 | 0.36 | 0.6 |
| Диоды КД522 | 2 | 0.8 | 0.6 | 0.16 |
Транзистоты КП 103 Е |
1 |
0.12 |
0.12 |
0.5 |
| КТ 315 Б | 1 | 0.21 | 0.21 | 0.8 |
Переключатель МК1 – I |
1 |
0.6 |
0.76 |
0.7 |
| МК1 – II | 1 | 0.84 | 1.18 | 1 |
Общий компоновочный объем – 45.9 см3
.
Общая компоновочная площадь – 36.7 см2
.
Общая компоновочная масса – 50 г.
По результатам расчета можно сделать вывод: полученные данные расчета вполне удовлетворяют требованиям технического задания. Коэффициент использования объема равен 0.07. Высота установки элементов не превышает в среднем 0,014 м.
4. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА
Проблема обеспечения надежности связана со всеми этапами создания изделия и всем периодом его практического использования. Надежность РЭС в основном определяется печатной платой, с установленными на ней ЭРЭ, т.к. на ней лежит основная функциональная нагрузка. Надежность изделия закладывается в процессе его конструирования и расчета, и обеспечивается в процессе его изготовления путем правильного выбора технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления.
На этапе проектирования необходимо учитывать следующие факторы:
- качество применяемых компонентов и деталей. Выбор комплектующих изделий должен быть проведен с учетом условий работы изделия (климатических и производственных). Элементы должны удовлетворять требованиям по своим функциональным свойствам и характеристикам, иметь необходимую механическую и тепловую прочности, требуемую точность и надежность в заданных условиях эксплуатации. Применение в изделии унифицированных компонентов, деталей, узлов и элементов резко повышает надежность изделия;
- режимы работы компонентов и деталей, которые должны соответствовать их физическим возможностям. Компоненты и детали должны использоваться в тех режимах, которые предусмотрены техническими условиями на них;
- доступность всех составных изделия для осмотра, контроля и ремонта или замены. Это является важным условием в поддержании надежности в процессе эксплуатации, так как легкий доступ к компонентам, деталям, узлам и элементам позволяет проводить периодические осмотры и заблаговременно выявлять износившиеся элементы и обеспечивает быстрое восстановление изделия после появления отказа.
На этапе технического проекта необходимым считается проведение поверочного расчета показателей надежности изделия. Обычно определяются следующие показатели надежности:
- средняя наработка на отказ - математическое ожидание наработки изделия до первого отказа;
- вероятность безотказной работы - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказа не возникнет;
Расчет показателей надежности, перечисленных выше, может быть проведен по следующей методике. Исходными данными для расчета являются:
- число наименований элементов;
-интенсивность отказов каждого из элементов;
Расчет производится в следующей последовательности:
Интенсивность отказов элементов с учетом условий эксплуатации определяется по формуле:
, (4.1)
где - коэффициент эксплуатации;
К1
– коэффициент влияния вибраций;
К2
- коэффициент влияния ударных нагрузок (для стационарной аппаратуры К1
=К2
=1);
К3
- коэффициент влияния влажности и температуры (для влажности 90…98% при t=30…40°С – К3
=2.5;
К4
- коэффициент влияния давления воздуха (при давлении 61кПа – К4
=1.14);
a(Т,Кн
) - коэффициент зависящий от температуры поверхности элемента и коэффициента нагрузки.
Суммарная интенсивность отказов электрорадиоэлементов и элементов конструкции электронного измерителя УЗ вибраций:
, (4.2)
где l
i
– величина интенсивности отказа i – го электрорадиоэлемента и элемента конструкции с учетом заданных для него условий эксплуатации: коэффициента электрической нагрузки, температуры, влажности, технических нагрузок и т. д.;
Среднее время наработки до отказа определяется по формуле:
. (4.3)
Вероятность безотказной работы:
. (4.4)
Среднее время восстановления безотказной работы устройства:
, (4.5)
где tвi
– время восстановления i – го элемента;
n
– общее количество элементов устройства.
Вероятность восстановления определяется по формуле:
, (4.6)
где t - заданное время восстановления.
Коэффициент готовности определяется по следующей формуле:
. (4.7)
Коэффициент ремонтопригодности можно определить по формуле:
. (4.8)
Вероятность нормального функционирования рассчитывается по формуле:
. (4.9)
Вероятность безотказной работы с учетом восстановления находят, исходя из формулы:
. (4.10)
По данным таблицы 4.1 произвели расчет. Были получены значения: наработки на отказ, равное 33557 значительно превышает заданное 1000; вероятности безотказной работы равное 0.97. Это гарантирует надежную работу электронного измерителя вибраций.
Таблица 4.1. Значения интенсивности отказов.
| Наименование | Кол, шт. | loi
×10-6
|
K1
K2
|
K3
|
K4
|
a(T,kн
) |
Кэ
|
ti
|
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
Резисторы постоянные непроволочные: С2-33Н-0.125 С2-33Н–1.0 |
14 1 |
0.7 0.08 |
1 1 |
2.5 2.5 |
1.14 1.14 |
0.77 0.77 |
2.2 2.2 |
0.1 0.1 |
Резисторы переменные непроволочные: РП1 – 63гМ |
4 |
2 |
1 |
2.5 |
1.14 |
0.77 |
2.2 |
0.1 |
Конденсаторы керамические: К10 – 7В |
8 |
0.4 |
1 |
2.5 |
1.14 |
0.7 |
1.8 |
0.5 |
Микросхемы: КР 572 ПВ5 К 544 УД2 |
1 1 |
0.5 0.5 |
1 1 |
2.5 2.5 |
1.14 1.14 |
0.5 0.5 |
1.6 1.6 |
0.3 0.3 |
Индикатор ИЖЦ – 3 |
1 |
3.25 |
1 |
2.5 |
1.14 |
0.7 |
1.8 |
0.4 |
Диоды: КД 522Б |
2 | 0.3 | 1 | 2.5 | 1.14 | 0.68 | 1.75 | 0.5 |
Транзисторы: КТ 315 Б КП 103 Е |
1 1 |
0.4 0.35 |
1 1 |
2.5 2.5 |
1.14 1.14 |
0.7 0.7 |
1.8 1.8 |
0.4 0.4 |
| Переключатель | 2 | 0.6 | 1 | 2.5 | 1.14 | 0.7 | 1.75 | 0.8 |
| Разъем | 1 | 0.2 | 1 | 2.5 | 1.14 | 0.7 | 1.9 | 1.0 |
| Соединения пайкой | 208 | 8.32 | 1 | 2.5 | 1.14 | 0.45 | 1.5 | 0.1 |
| Плата печатная | 1 | 0.2 | 1 | 2.5 | 1.14 | 0.7 | 1.0 | 0.8 |
5. РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
И ПЕРЕДНЕЙ ПАНЕЛИ
В настоящее время разработано большое число конструктивно-технологических разновидностей коммутационных плат. В зависимости от числа проводящих слоев платы разделяются на односторонние, двухсторонние, многослойные; по конструктивному исполнению: на жесткие и гибкие платы, а также платы с проводным монтажом.
Односторонние печатные платы выполняются на слоистом прессованном или рельефном литом основании без металлизации или с металлизацией отверстий. Платы на слоистом диэлектрике просты по конструкции и экономичны в изготовлении. Их применяют в бытовой аппаратуре, блоках питания, устройствах техники связи. Высокую технологичность и нагревостойкость имеют рельефные литые платы, на одной стороне которых расположен печатный контакт, а на другой - объемные элементы.
Более надежны в эксплуатации платы с металлизированными отверстиями. Двухсторонние печатные платы имеют проводящий рисунок с обеих сторон диэлектрического или металлического основания, а необходимые соединения выполняются с помощью металлизированных отверстий. Такие платы позволяют реализовать более сложные схемы, обладают повышенной плотностью монтажа и надежностью соединения двухсторонних печатных плат с металлическим основанием, имеют лучший теплоотвод, однако требуют нанесения изоляционного покрытия и сложны в изготовлении.
Основные технические требования к печатным платам .
1. Габаритные размеры ПП не превышают установленных значений для следующих типов: особо малогабаритных - 60´90 мм; малогабаритных - 120´180 мм; крупногабаритных - 240´360 мм; для МПП - 200´240 мм.
Толщина ПП выбирается из следующего ряда значений: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0мм. Допустимые отклонения по толщине не должны превышать: при толщине до 1 мм - ±0.15 мм; до 2 мм - ±0.20 мм; до 3 мм - ±0.30 мм. Печатные платы, как правило, имеют прямоугольную форму с соотношением сторон - 1:1, 1:2, 2:3, 2:5.
2. Плотность монтажа определяется шириной проводников и расстоянием между ними. В соответствии с ГОСТ 23751-79 для печатных плат установлено три класса точности монтажа:
1 - допускающий минимальную ширину и зазоры между проводниками 0.5 мм;
2 - когда минимальная ширина и зазоры между проводниками 0.25 мм на наружных слоях, 0.2 мм - на внутренних слоях плат.
3 - допускающий минимальную ширину проводников и зазоры между ними 0.15 мм.
3. Трассировку рисунка схемы проводят по координатной сетке с шагом по ГОСТ 10317-77 2.5 и 1.25 мм, а так же 0.625 мм.
Минимальные диаметры отверстий, располагаемых в узлах координатной сетки, зависят от максимального диаметра вывода навесного элемента, наличия металлизации и толщины платы.
4. Плотность тока в печатных проводниках наружных слоев плат не должна превышать 20 А/мм2
.
5. Сопротивление изоляции зависит от материала диэлектрического основания и характера электрических цепей, для стеклотекстолита оно должно быть не менее 104
МОм.
6. Плотность сцепления печатных проводников с основанием не менее 15 МПа.
7. Допустимый уровень рабочего напряжения зависит от расстояния между проводниками: для 2 и 3 классов Uраб - до 50 В, 1 класс Uраб - до 100 В.
8. Контактные площадки должны смачиваться припоем за 3-5 секунд и выдерживать не менее 3-х перепаек. Измеритель амплитуды УЗ-вибраций содержит плату измерителя . В соответствии с ГОСТ 23751-79 плата измерителя относится ко второму классу плотности монтажа. Данная плата двухсторонняя и малогабаритная, так как ее размеры 125´70 мм; толщина платы 1.5 мм. Отношение сторон примерно равно 1:2. Плата содержит 212 отверстий, из них 209 металлизированы. Изготавливается комбинированным позитивным методом. Диаметры контактных площадок 1.92, 2.12, 2.32, 2.4 мм. Толщина металлизации отверстий 20 мкм. Значение рабочего напряжения для проводников не превышает 9В.
На плате измерителя размещены все элементы схемы: микросхемы, активные и пассивные элементы.
После изготовления плата покрывается сплавом «Розе». Плата относится ко 2-му классу по плотности монтажа.
Для создания хорошего внешнего вида прибора при конструировании следует, в первую очередь, стремиться к соблюдению соотношений габаритных размеров блока.
Исходные данные для разработки передней панели включают: техническое задание (ТЗ) на разработку устройства РЭА с указанием характеристик внешних условий и особенностей работы оператора; схема электрическая принципиальная с указанием на ней элементов индикации управления и коммутации; описание порядка работы с прибором.
Началу разработки лицевой панели устройства РЭА предшествует анализ исходных данных, который позволяет конкретизировать эти данные и определить их количественные характеристики.
В результате анализа ТЗ на разработку РЭА должны быть определены: особенности установки аппаратуры на объекте и работы с нею (стоя, сидя; режима работы, контроля и ремонта); комфортность внешних условий (тепло, влажность, освещенность, вибрация, шумность и т.п.)
Из анализа особенностей установки аппаратуры определяются:
зоны досягаемости рук оператора (l
- расстояние оператора до лицевой панели);
зона обзора (hгл
- высота глаз оператора над лицевой панелью); Zгор
и Zверт
- горизонтальный и вертикальный углы обзора).
Из анализа комфортности внешних условий определяются:
уровень внешней освещенности (Е
- освещенность поверхности лицевой панели в люксах (лк));
тепловые условия работы;
уровень влажности (определяет необходимость герметизации лицевой панели и ее элементов;
наличие вибрации и шума, которым подвергается оператор (что ухудшает точность и скорость считывания показателей с индикаторов и определяет требования к конструкции индикаторов и выбору их типа).
По результатам анализа ТЗ моно выполнить следующие расчетные оценки:
определить предельные размеры лицевой панели (максимальные и минимальные размеры длины и высоты);
определить максимально допустимый размер знаков и символов на лицевой панели и индикаторных устройствах;
определить требуемые светотехнические характеристики индикаторных элементов.
Анализ принципиальной электрической схемы позволяет проводить выбор элементов отображения информации, элементов управления, регулировки и коммутации. При этом выбор конкретного типа элемента передней панели должен проводиться на основе комплексного подхода, когда конструктор должен учитывать и согласовывать множество различных, иногда противоречивых характеристик элементов.
Техническое задание на изготовление прибора предполагает эксплуатацию последнего в условиях ультразвука. Оператор, при работе с прибором, находится на расстоянии от него примерно 0.5 м. Измерения могут производиться оператором (в зависимости от того, амплитуду какого УЗ-инструмента измеряем) стоя или сидя.
При разработке передней панели учитываем наличие в электрической принципиальной схеме элементов индикации, регулировки и управления. Элементом индикации, исходя из ТЗ, является жидкокристаллический индикатор ИЖЦ – 3. Органами управления являются переключатели МК1-I и МК1-II.
Прибор будет эксплуатироваться в нормальных условиях. Максимально допустимые размеры ЛП определяются исходя из горизонтального и вертикального угловых размеров зоны периферического зрения оператора и требуемого расстояния L до ЛП. Максимальная длина ЛП равна:
(5.1)
(м),
где Zгор
- горизонтальный угол обзора ЛП.
Максимальная высота:
(5.2)
(м),
где Zверт
- вертикальный угол обзора ЛП.
Минимально допустимые размеры ЛП определяются из следующих соображений. В соответствии с эргономическими требованиями в поле зрения, ограниченном углом зрения около 10 градусов должно размещаться четыре-восемь элементов ЛП (обычно принимается 6 элементов). Тогда площадь поля зрения Sпз
на ЛП, ограниченная указанным углом Zпз
=10 градусов может быть вычислена по формуле:
(5.3)
(м2
)
Отсюда при числе элементов Nэл
, размещаемых на ЛП, минимальная площадь ЛП, удовлетворяющая эргономическим требованиям, равна
(5.4)
(м2
).
Однако площадь ЛП, рассчитанная по формуле 5.4, не учитывает установочной площади отдельных элементов, размещаемых на ЛП. Поэтому для определения минимально допустимых размеров ЛП, необходимо провести оценку суммарной установочной площади элементов:
(5.5)
(м2
)
где Si
- установочная площадь отдельного элемента ЛП.
После выполнения оценочных расчетов по формулам 5.4, 5.5 за минимально допустимую площадь ЛП принимаются большая из величин Sлп
min
или Sсумэл
. Фактические размеры проектируемой ЛП о площади должны находится в пределах проведенных оценок:
S
лп
min
>
S
лп фак
>
Lmax
×
Lmin
(5.6)
1.3 >Sлп фак
> 1.7*10 -2
С целью уменьшения габаритов и веса аппаратуры фактическую площадь ЛП можно выбирать из соотношения
(5.7)
(м2
)
где Клп
- коэффициент использования площади ЛП, обычно равный Клп
=0,3 ... 0,6.
Тогда линейные размеры ЛП (L
и H
) определяются следующим образом. Из стандартного ряда габаритов, рекомендуемых для данного класса проектируемой РЭА, выбирается один из размеров ЛП
). Другой из линейных размеров определяется по формуле:
(5.8)
(м2
)
Расстояние между символами (знаками) при проектировании ЛП принимается равным половине ширины символа, а расстояние между символами (знаками), располагаемыми по вертикали, половине высоты. Минимальное расстояние от краев индикаторного устройства до ближайшего знака, отображаемого на нем, должно быть равно ширине или высоте знака. В этом случае размеры индикаторного устройства, располагаемого на ЛП, могут быть определены по формулам:
(5.9)
H
ин
= 2.25 (см)
(5.10)
Вин
= 6 (см)
где Нин
, Вин
- высота и ширина индикаторного устройства; Nв
и Nг
- число знаков индикаторного устройства, располагаемых соответственно по вертикали или горизонтали; Нс,
Bc
- высота и ширина знака (символа).
6
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПРИБОРА
Под технологичностью конструкции (ГОСТ 18831-73) понимают совокупность ее свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий того же назначения при обеспечении заданных показателей качества.
Отработка конструкций на технологичность в соответствии с ГОСТ 14.201-73 ЕСТПП включает:
1) комплекс работ по снижению трудоемкости и себестоимости изготовления изделий:
повышение серийности посредством стандартизации, унификации и группирования изделий и их элементов по:
конструктивным признакам;
ограничение номенклатуры элементов и применяемых материалов;
преемственность освоенных в производстве конструктивных решений;
снижение массы изделий;
применение высокопроизводительных типовых технологических процессов и средств технологического оснащения;
2) комплекс работ по снижению трудоемкости, цикла и стоимости ремонта при эксплуатации:
рациональным выполнением конструкций, обеспечивающим удобство технического обслуживания и ремонта;
повышением надежности и ремонтопригодности конструкции.
Вид изделия, объем выпуска, тип производства и уровень развития науки и техники являются главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции изделия. Для оценки технологичности конструкции используются многочисленные показатели, которые делятся на качественные и количественные. К качественным относят взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность и инструментальную доступность конструкции. Количественные показатели согласно ГОСТ 14.201-73 ЕСТПП классифицируются следующим образом:
1) базовые (исходные) показатели технологичности конструкций, регламентируемые отраслевыми стандартами;
2) показатели технологичности конструкций, достигнутые при разработке изделий;
3)показатели уровня технологичности конструкций, определяемые, как отношение показателей технологичности конструкции разрабатываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей;
При выборе показателей технологичности согласно ГОСТ 14.202-73 ЕСТПП учитывают, что они могут быть:
1) по значимости - основными и дополнительными;
2) по количеству характеризуемых признаков - частными и комплексными;
3) по способу выражения - абсолютными и относительными.
Номенклатура показателей технологичности конструкций выбирается в зависимости от базы изделия, специфики и сложности конструкции, объема выпуска, типа производства и стадии разработки конструкторской документации. Значения относительных частных показателей технологичности должны находиться в пределах 0 < К £ 1.
К основным показателям технологичности относятся:
1) трудоемкость изготовления изделия:
Tu
=STi
(н/час), (6.1)
где Ti
- трудоемкость операции изготовления, сборки, регулировки контроля и испытаний i-й составной части изделия;
2) технологическая себестоимость изделия:
Ст
=См
+Сз
+Син
+Со
(руб), (6.2)
где См
- расходы на сырье и материалы;
Сз
- основная заработная плата производственных рабочих с начислениями;
Син
- расходы на инструмент;
Со
- расходы на содержание и эксплуатацию оборудования;
3) уровень технологичности конструкции по трудоемкости изготовления:
Ку.т.
=Tu
/Tбм
(6.3)
где Тбм
- базовая трудоемкость изготовления изделия;
4) уровень технологичности конструкций по себестоимости:
Кус
=Ст
/Сбм
(6.4)
где Сбм
- базовая себестоимость изделия.
К дополнительны показателям относятся:
1)коэффициент унификации изделия:
Ку
=(Еу
+Ду
)/Е+Д (6.5)
где Еу
,Ду
- количество унифицированных (стандартизированных) сборочных единиц и деталей в изделии;
2) коэффициент применения типовых технологических процессов:
3) коэффициент автоматизации и механизации технологических процессов изготовления изделия:
Кмп
=Тмп
/Тм
, (6.7)
где Тмп
- трудоемкость операций, выполненных с помощью средств автоматизации и механизации.
Номенклатура показателей технологичности сборочных единиц и блоков РЭА условно разбиты на четыре класса:
1) радиотехнические
2) электронные
3) электромеханические
4) коммутационные
Для каждого класса установлены свои показатели технологичности в количестве не более семи, их ранжированная последовательность по значимости, коэффициенты веса li
, показывающие влияние частных показателей на комплексный. Расчет комплексного показателя технологичности конструкции производится по формуле:
К=S(Ki
×li
)/Sli
` ` (6.8)
Нормативные значения комплексных показателей технологичности конструкций блока РЭА устанавливаются в зависимости от стадии разработки рабочей документации ( таблица 6.1)
Таблица 5.1.Нормативы комплексных показателей
| Наименование класса блоков | Стадии разработки конструкторской документации | ||
| Образец | Серия | Производство | |
| РТ | 0.4-0.6 | 0.75-0.80 | 0.80-0.85 |
| ЭЛЕКТР. | 0.4-0.7 | 0.45-0.75 | 0.50-0.80 |
| ЭЛ-МЕХ. | 0.3-0.5 | 0.40-0.55 | 0.45-0.60 |
| КОММУТ | 0.35-0.55 | 0.50-0.70 | 0.55-0.75 |
К радиотехническим блокам относятся приемно-усилительные блоки, источники питания, генераторы сигналов, телевизионные блоки и т. п.
Коэффициент механизации и автоматизации подготовки ЭРЭ к монтажу Кмп эрэ
определяется по формуле:
Кмп эрэ
=Нмп эрэ
/Нэрэ
, (6.9)
где Нмп эрэ
- количество ЭРЭ в штуках, подготовка которых осуществляется механизированным способом. В число указанных включаются ЭРЭ, не требующие специальной подготовки к монтажу (разъемы, реле, патроны и т.п.),
Нэрэ
- общее количество ЭРЭ в штуках. К ЭРЭ относятся - транзисторы, диоды, конденсаторы, резисторы, разъемы, дроссели, катушки индуктивности, трансформаторы и т.п.
Коэффициент автоматизации и механизации высчитывается по формуле:
Кам
=Нам
/Нм
, (6.10)
где Нам.
- количество монтажных соединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированным способом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установке элементов и последующей пайке,
Нм
- общее количество монтажных соединений. Для ЭРЭ, микросхем, разъемов, реле, и т.п. определяется по количеству выводов.
Коэффициент сложности сборки определяется по формуле:
Кссб
=1-Ет.сп
/Ет
(6.11)
где Ет.сп
- количество типоразмеров сборочных единиц, входящих в изделие и требующих регулировки и подгонки в процессе сборки;
Ет
- общее количество типоразмеров сборочных единиц.
Коэффициент механизации и автоматизации операций контроля и настройки электрических параметров определяется по формуле:
Кмкн
=Нмкн
/Нкн
, (6.12)
где Нмкн
- количество операций контроля и настройки которые осуществляются механизированным и или автоматизированным способом, например, с помощью полуавтоматических стендов, автоматов контроля и т.д.
- общее количество операций контроля и настройки. Для блоков на ПП обязательна операция визуального контроля качества сборки и соединений, проверка блока на функционирование. При наличии регулировочных и настраиваемых элементов количество операций настройки увеличивается.
Коэффициент прогрессивности формообразования деталей считается по формуле:
Кф
=Дпр
/Д (6.13)
где Дпр
- количество деталей в штуках, которые получены прогрессивными методами формообразования (штамповкой, прессованием, литьем, пайкой, сваркой и т.п.);
Д- общее количество деталей в изделии в штуках.
Коэффициент повторяемости ЭРЭ определяется по формуле:
Кпов эрэ
=1-Нт эрэ
/Нэрэ
, (6.14)
где Нт эрэ
- количество типоразмеров ЭРЭ в изделии, определяемые габаритными размерами ЭРЭ.
Коэффициент точности обработки определяется по формуле:
Ктк
=1-Дтк
/Д, (6.15)
где Дтк
- количество деталей, имеющих размеры с допусками по квалитету и ниже в штуках. Для монтажных и переходных отверстий в печатных платах допуск задается по квалитетам.
К электронным блокам относятся логические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированных систем управления и электронно-вычислительной техники. Разрабатываемый блок является электронным. Состав показателей технологичности для электронных блоков приведен в таблице 5.2.
Таблица 5.2 - Показатели технологичности для электронных блоков
| Порядковый номер | Показатели технологичности | Обозначение показателя | li
|
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| 1 | Коэффициент использования микросхем и МСБ в блоке | Кисп.мс
|
1.000 |
| 2 | Коэффициент автоматизации и механизации монтажа | Ка.м.
|
1.000 |
| 3 | Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ | Км.п.эрэ
|
0.750 |
| 4 | Коэффициент механизации контроля и настройки | Км.к.н.
|
0.500 |
| 5 | Коэффициент повторяемости ЭРЭ | Кпов.эрэ
|
0.310 |
| 6 | Коэффициент применяемости ЭРЭ | Кп.эрэ
|
0.187 |
| 7 | Коэффициент прогрессивности формообразования деталей | Кф
|
0.110 |
Коэффициент использования микросхем и микросборок в изделии определяется но формуле:
Кисп мс
=Нмс
/(Нмс
+Нэрэ
), (6.16)
где Нмс
- общее число микросхем и МСБ в изделии в штуках.
Коэффициент применяемости ЭРЭ определяется по формуле:
Кпр эрэ
=1-Нт ор эрэ
/Нт эрэ
(6.17)
где Нт ор эрэ
- количество размеров оригинальных ЭРЭ в изделии. К оригинальным относятся ЭРЭ, разрабатываемые и изготавливаемые впервые как предприятием-разработчиком, так и в порядке кооперирования с другими предприятиями по техническим условиям предприятия.
Расчет технологичности электронного измерителя УЗ-вибраций был проведен на ЭВМ с помощью программы “Конструктор”. Результаты расчета технологичности разрабатываемого блока приведены в приложениях.
В результате расчета полученный комплексный показатель технологочности конструкции равен 0.652. Это говорит о том, что технологичность разработанного прибора удовлетворяет требованиям технического задания, так как в нем требовалось добиться комплексного коэффициента технологичности 0.65 .
Провед
ение измерений прибором
Настоящая инструкция предназначена для проведения измерений амплитуды УЗ-вибраций инструмента прибором ЭИВ-1.
При проведении измерений используются следующие виды оборудования, приспособлений и инструмента:
1. Измеритель вибраций цифровой ЭИВ-1
2. Пьезодатчик выносной
3. Рабочий УЗ-инструмент
4. Отвертка монтажная ГОСТ 17199-71
Подготовка рабочего места для работы с прибором, включает в себя:
- размещение на рабочем столе прибора и рабочего инструмента,
- установку прибора на неподвижное основание вблизи рабочего инструмента УЗ технологической установки,
- соединение проводом минимально возможной длины корпус датчика с корпусом волновода,
- присоединение провода от датчика к разъему на передней панели прибора.
После проведения данных операций необходимо включить прибор.
Для подготовки прибора к работе надо включить включатель питания в положение “ВКЛ”, переключатель пределов в положение I. На индикаторе должно высветится 000
Для проведения измерений надо включить рабочий инструмент и с усилием 1-2 Н прижать датчик к поверхности УЗ-инструмента, после чего снять показания амплитуды УЗ-вибраций с индикатора. Если в старшем разряде индикатора индицируется 1, необходимо переключить переключатель пределов в положение II
Датчик вибраций включает металлический волновод, жестко соединенный с ручкой из изоляционного материала. Во внутренней полости ручки на расстоянии, равном j/4 от не рабочего торца волновода (j – средняя длинна УЗ-колебаний в материале волновода для исследуемых частот), жестко, например методом пайки, закреплена упорная пластина, а между ней и демпфером из материала с низкой акустической добротностью расположен пьезоэлектрический преобразователь, изготовленный из пьезокерамики ЦТС-21 в форме кольца диаметром 10-20 мм.
Электрическое напряжение с обкладок пьезоэлемента снимается с помощью латунных контактов и по высокочастотному кабелю передается на измеритель. Рабочий конец датчика оканчивается иглой, изготовленной из высокопрочной инструментальной стали, и припаянной к торцу волновода припоем ПСр45. Снаружи внутренний объем ручки, где размещен пьезоэлектрический преобразователь, защищен прокладкой из термостойкокой резины.
Возможные неисправности и методы их устранения.
Таблица 7.1 - Возможные неисправности и методы их устранения
| Возможные неисправности | Вероятная причина | Метод устранения |
| 1. При включении прибора не светится индикатор. | Нет гальванического элемента питания. Выработан ресурс гальванического элемента питания. |
Проверить наличие гальванического элемента питания. Заменить гальванический элемент питания. |
| 2. Отсутствуют показания прибора. | Обрыв в кабеле соединения прибора с датчиком | Заменить кабель |
Указания по проверке.
При проведении поверки использовать следующие средства: - микроскоп металлографический ММР - 2Р с увеличением не менее 200 - 250 x или аналогичного типа; - объект - микрометр 0.01 мм ГОСТ 7513 - 55.
При проведении поверки должны соблюдаться следующие нормальные условия:
- температура окружающего воздуха от 15 до 30°С;
- положение прибора вертикальное ±2 градуса;
- влажность 30 - 80 %;
- напряженность электромагнитного поля более 50 В/м в диапазоне частот 20-66 КГц.
Проведение поверки.
Поверку виброметра производить оптическим методом с помощью металлографического микроскопа ММР - 2Р. При увеличении 200 - 250 раз определить цену деления окулярной шкалы микроскопа, установив на предметный столик объект - микрометр 0.01 мм ГОСТ 7513 - 55.
Установить вблизи столика УЗ инструмент, навести резкость на границу рабочего торца, включить УЗ - генератор.
Изменяя мощность на выходе генератора установить амплитуду колебаний 5 мкм. При тех же условиях произвести измерения колебаний виброметром и, потенциометром, выведенным под шлиц установить показания прибора 0,5 мкм.
Поверка прибора производится не реже 1 раза в 6 мес.
Результаты поверки прибора должны быть оформлены протоколом или актом.
8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Рассматриваемый в данном дипломном проекте электронный измеритель вибраций можно отнести к классу выше среднего по своим техническим характеристикам. Если взять за основу зарубежные образцы такого же класса, то это устройство может составить хорошую конкуренцию аналогичным приборам.
Расчет стоимостной оценки результата. Прогноз объема продаж и расчетного периода
Возможный объем продаж прогнозируется исходя из объема потенциальных потребителей, возможностей развертывания производства, наличия производственной базы и т.д. Особенностью применения настоящего устройства является то, что они приобретаются для контроля УЗ колебаний на предприятиях, т.е. он является обязательным устройствами для облегчения работы обслуживающего персонала. Вероятно, наиболее трезвый взгляд на эту проблему даст объем продаж в районе 100 шт/год. Этой цифры будем придерживаться в дальнейших расчетах.
Расчетный период подразумевает время, в течении которого капиталовложения оказывают воздействие на производственный процесс. Для предприятия производителя расчетный период - срок производства новой техники.
Очевидно, что увеличение сроков производства влечет за собой увеличение прибыли, поскольку затраты на освоение новой продукции многократно себя окупают. Этот факт, вроде бы верный, может таить в себе заблуждение. На самом деле, если товар выпускается в течении длительного времени, он теряет свою новизну и перестает привлекать покупателей. Это в большей степени относится к изделиям электронной техники, чем к каким либо другим. Поэтому, реальный срок производства не может быть более 2-3 лет. В качестве расчетного периода возьмем число 3.
Определение себестоимости продажи и рыночной цены
Себестоимость продукции - это выраженная в денежном отношении сумма затрат на производство и реализацию продукции. Для расчета себестоимости изделия используется классификация затрат по статьям калькуляции.
Открывает список статей калькуляции статья "Материалы". В нее входят затраты на основные и вспомогательные материалы за вычетом стоимости возвратных отходов. Расчет расходов на материалы ведется по следующим формулам:
М = Мо + Мв, (8.1)
Мо = Ном*Цом*Ктз - Нот*Цот; (8.2)
Мв = Нвм*Цвм*Ктз, (8.3)
где Мо - затраты на основные материалы, руб./шт.;
Мв - затраты на вспомогательные материалы, руб./шт;
Ном, Нот - черновая норма расхода и норма отходов основных материалов в изделии, кг;
Цом, Цот - оптовая цена основных материалов и отходов из этих материалов, руб./кг;
Ктз - коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы по доставке.
Конструкция устройства предусматривает использование следующих основных материалов, приведенных в табл.8.1. Смета затрат на дополнительные материалы приведена в табл.8.2. Подставляя в (8.1) суммарные значения Мо и Мв получим
М = Мо + Мв = 254575+151960= 406535 руб.
Таблица 8.1 - Расчет затрат на основные материалы
| Материал | Ном, | Цом, Ед.изм |
Ктз |
Нот, | Цот, ед.изм |
Мо, руб. |
Стеклотекстолит СФ2-35-1.5 Припой ПОС-61 Эмаль ЭП-525 Медь (отходы) |
2.5дм2
30 г 10 г - |
25000 6000 160 - |
1.03 1.03 1.04 - |
0.1 - - 30 г |
6000 - - 20 |
63775 183600 31200 -24000 |
| Итого: 254575 | ||||||
Таблица 8.2 - Расчет затрат на дополнительные материалы
| Материал | Нвм, мл |
Цвм, руб./мл |
Ктз | Мв, Руб. |
Флюс канифольно – спиртовой Спирт этиловый |
20 80 |
5000 600 |
1.03 1.02 |
103000 48960 |
| Итого: | 151960 |
Стоимость комплектующих изделий и полуфабрикатов определяется по следующей формуле:
Мк = Ктз* Ni* Цi, (8.4)
где Ктз - коэффициент, учитывающий транспортно - заготовительные расходы на доставку;
Ni - количество i-ых полуфабрикатов и комплектующих;
Цi - оптовая цена i-го комплектующего элемента.
К покупным полуфабрикатам устройства относятся электрорадиоэлементы, интегральные микросхемы, разъем, обеспечивающие функционирование их электрической схемы. Для упрощения расчетов коэффициент транспортно-заготовительных расходов для всех комплектующих элементов принимаем равным Ктз = 1.02. Тогда, расходы на покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия распределятся следующим образом (табл.8.4).
Основная зарплата основных производственных рабочих рассчитывается по формуле:
З = Кпр ×å Тсi×ti (8.5)
где Тсi - часовая тарифная ставка, руб./ч;
ti - норма времени по i-ой операции;
Кпр - коэффициент премий.
З = 830500 руб
Таблица 8.3 - Расчет Тсi и ti
| Рабочий | ЗПм,руб | Тсi | Ti |
| Сборщик 1 | 12000000 | 69324 | 0.25 |
| Сборщик 2 | 15000000 | 86655 | 0.3 |
Таблица 8.5 содержит краткий перечень операций, используемых при изготовлении электронного измерителя вибраций с указанием часовой тарифной ставки и нормы времени. Коэффициент премий взят равный 1.1.
При расчете основной зарплаты нормы времени выбирались с ориентацией на высокотехнологичное автоматизированное и полуавтоматизированное оборудование.
Дополнительная зарплата основных производственных рабочих:
Зд = З * Нд / 100%, (8.6)
где Нд - процент дополнительной заработной платы.
Если принять значение Нд равным 20%, то дополнительная зарплата будет равна:
Зд = 102946*0.2 = 20589 руб.
Таблица 8.4 - Расчет затрат на покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия
| Наименование | Цена за 1 Цi, руб. | Количество Ni, руб. | Цена всех, руб. |
Элементы крепления: Шуруп Корпус (в сборе) Элементы коммутации: Разъем Аналоговые микросхемы: КР 572 ПВ5 К 544 УД2 Индикатор жидкокристаллический ИЖЦ – 3 Резисторы: МЛТ-0.125 СП3-19 Конденсаторы: КД-1-Н70 Переключатель Диоды: КД 522Б Транзисторы КТ 315Б КП 103Е Соединитель высокочастотный Батарея “КОРУНД” |
2000 160000 35000 250000 40000 300000 2000 10000 5000 20000 5000 3000 10000 40000 90000 |
3 1 1 1 1 1 14 4 8 2 2 1 1 1 1 |
6000 160000 35000 250000 40000 300000 28000 40000 40000 40000 10000 3000 10000 40000 90000 |
Итого: 1102000
Итого (с учетом Ктз): 1124040
Для остальных категорий работников установлена заработная плата в размере
Зпк = (Зо + Зд)*Кзп, (8.7)
где Кзп - коэффициент, учитывающий зарплату остальных категорий ППП.
Подставив в (8.7) Кзп = 2.0, получим
Зпк = (830500+166100)*2= 1993200 руб.
Отчисления в фонд социальной защиты будут определяться следующим выражением:
Зфс = (Зо + Зд + Зпк)*Нфс /100 %, (8.8)
где Нфс - процент отчислений в фонд социальной защиты
(Нфс = 36 %).
Поэтому, Зфс = (830500+166100+1993200)*0.36=
= 1046430 руб.
Износ инструментов и приспособлений также потребует материальных затрат. Эти затраты можно приблизительно оценить по следующей формуле:
Риз = Зо*Низ /100 %, (8.9)
где Низ - процент расходов по износу инструмента.
Низ = [Sиз / (Зоi*Ni)] * 100 %,
где Sиз - смета расходов по износу инструмента и приспособлений;
Зоi - основная зарплата производственных рабочих по i-му изделию;
Ni - количество i-ых изделий, изготовленных в соответствующем плановом периоде.
Таблица 8.5 - Расчет основной заработной платы основных производственных рабочих
| Наименование операции | Тсi, руб./ч | ti, ч | Зо, Руб. |
Подготовка заготовки платы Сверление отверстий Нанесение и селективное травление маски Получение проводящего рисунка Металлизация отверстий Нанесение защитной маски эмали Установка компонентов Пайка волной припоя Сборка Контроль Маркировка Упаковка Итого: Итого (с учетом Кпр): |
9000000 1100000 1000000 900000 900000 900000 900000 1000000 900000 900000 900000 800000 |
0.030 0.100 0.050 0.030 0.100 0.020 0.300 0.020 0.050 0.050 0.050 0.010 |
27000 110000 50000 27000 90000 18000 270000 20000 45000 45000 45000 8000 755000 830500 |
К сожалению, сказать сколько выпускается тех или иных изделий и какая зарплата выплачивается основным рабочим не имея конкретных сведений о производителе невозможно. Поэтому, будем руководствоваться значением Низ = 10 %. Тогда,
Риз = 830500*0.1= 83050 руб.
Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования вычисляются аналогично расходам на износ специнструмента:
Рсэ = Зо *Нсэ /100 %, (8.10)
где Нсэ - процент расходов по эксплуатации оборудования.
Подставляя в (11) Нсэ = 50 %, получим:
Рсэ = 830500*0.5= 415250 руб.
Отчисления на ликвидацию последствий аварии ЧАЭС вычисляются по следующей формуле:
Очаэс=(Зо + Зд + Зпк) * Нчаэс/100% , (8.11)
где Нчаэс= 4%
Очаэс= (830500+166100+1993200)*0,1= 298980 руб.
Отчисления на детские дошкольные учреждения вычисляются по следующей формуле:
Одду=(Зо + Зд + Зпк) * Ндду/100% , (8.12)
где Ндду= 5%
Одду= (830500+166100+1993200)*0,05= 149490 руб.
Cебестоимость устройства, определяется выражением:
С = М + Мк + Зо + Зд + Зпк + Зфс + Очаэс + Одду, (8.13)
составит таким образом
С=406555+1102000+830500+166100+1993200+1046430+298980+ +149490= 5993255 руб.
Коственные расходы вычисляются по формуле:
Ркост = Зо*Нкост/100%, (8.14)
где Нкост=100%,
Ркост = 830500*1 = 830500 руб.
Полная себестоимость изделия будет равна
Сп = С + Ркост, (8.15)
Сп = 5993255+830500= 6823755 руб.
Нормативная прибыль на единицу продукции вычисляется по формуле:
П = Ури * Сп /100 %, (8.16)
где Ури - уровень рентабельности изделия. Если в качестве уровня рентабельности взять величину 30 %, прибыль составит
П = 0.3*6823755= 2047126.5 руб.
Аммортизационные отчисления, направленные на восстановление основных фондов предприятия, определяются выражением:
Ао = Нао * Зо /100 %, (8.17)
где Нао - процент аммортизационных отчислений (Нао = 10 %).
Ао = 0.1* 830500= 83050 руб.
Добавленная стоимость изделия, которая характеризует прирост стоимости товара в процессе производства, рассчитывается по формуле:
ДС = Зо + Зд + Зпк + Зфс + П + Ао. (8.18)
Подставив известные значения аргументов, получим ДС= 21615106.5 руб.
Соответствующие отчисления по налогу на добавленную стоимость будут равны:
Рдс = Ндс * ДС /100 %, (8.19)
где Ндс - налог на добавленную стоимость. Поскольку, ставка налога установлена в размере 20 %, величина отчислений составит:
Рдс = 0.2*21615106.5= 4323021.3 руб.
Отчисления в спецфонды вычисляются по следующей формуле:
Осф = (Сп + П + Рдс)* Нсф /100 %, (8.20)
где Нсф = 2.5 % - отчисления в спецфонды.
Осф = (6823755+2047126.5+4323021.3)*0.025=329847.57 руб.
Эта статья завершает список статей калькуляции.
Свободная отпускная цена будет равна сумме полной себестоимости изделия, предполагаемой прибыли, отчислений по налогу на добавленную стоимость, отчисления в спецфонды:
Ц=Сп+П+Рдс+Осф = 13523750.37 руб. (8.21)
Таким образом, при условии сохранения цен, налоговых платежей и других факторов, цена на устройство будет сохраняться на уровне 13523750.37 руб. Однако, быстрое падение курса рубля и рост цен на товары и услуги делает такое положение невозможным. Для анализа полученного результата целесообразно представить цену на продукт в какой либо твердой валюте. Поскольку наибольшее хождение на сегодняшний день приобрел доллар США - его мы и возьмем за основу.
Перевод значения 13523750.37 руб. в долларовый эквивалент дает сумму 45 $ по курсу 300000 руб./$ на май 1999. Это число можно считать обнадеживающим результатом, т.к. зарубежные аналоги при тех же технических характеристиках имеют цену порядка $150-260.Следовательно, в нашем случае, если мы оставим цену такой же, то покупатель сэкономит более 100 $, или можно поднять цену, чтобы увеличить прибыли производителя.
Определение чистой прибыли от внедрения проекта
Величина чистой прибыли, которая характеризует покрытие расходов предприятия доходами от реализации продукции определяется следующим выражением:
Пt = П * Nt * (1 - Нt /100 %), (8.22)
где П - нормативная прибыль на единицу изделия (см.п.8.1.2);
Nt - объем выпуска, шт.; Нt - процент налога на прибыль. Для электронного измерителя вибраицй объем выпуска составляет 100 шт, а величина прибыли - 2047126.5 руб.
Согласно действующему законодательству полученная прибыль предприятий облагается налогом в размере 30% от прибыли.
Имеем:
Пt = 2047126.5*100*0.7=143298885 руб.
Расчет стоимостной оценки затрат.
Единовременные затраты в сфере производства от внедрения проекта зависят от масштабов производства, степени подготовленности технологического оборудования и работников предприятия к выпуску новой техники. Устройство требует минимальных усилий на переналадку производства. Основные затраты несет на себе проектирование и тестирование конструкции .
В общем случае, единовременные затраты будут определяться следующим образом:
Кп.ф.=Цоб+Ктр+Км+Кос, (8.23)
Ктр – затраты на транспортировку (10% от Цоб);
Км – затраты на монтаж оборудования;
Кос – затраты на пополнение оборотных средств
Кп.ф. - капитальные вложения в основные фонды.
Кос=åЦмi×Nмi×Тнз/Тн, (8.24)
Кос = 97568400 руб.
Цмi – цена единицы материала;
Тн – количество рабочих дней в году – 240 дн.;
Тнз – норма запасов материалов – 10 дн.;
Нмi – годовая потребность в материале;
Кп.ф.= 111450000 руб.
Расчет экономического эффекта.
Расчет экономического эффекта опирается на результаты предыдущих расчетов отпускной цены изделия и единовременных затрат в сфере производства. Он является обобщающим показателем, характеризующим рентабельность проекта в целом.
Табл.8.6. содержит исходные данные и результаты расчета экономического эффекта от внедрения устройства. Для приведения разновременных затрат к расчетному году используется коэффициент приведения, который находится по формуле:
К = (1+ Ен)(tr -t)
, (8.25)
Ен - норматив привидения (Ен = 0.15); tr - рассчетный год (tr = 1999); t - рассматриваемый год.
Таблица 8.6 - Расчет экономического эффекта
| Показатели | Расчетный период | ||
| 1999 | 2000 | 2001 | |
Прогнозируемый объем производства, шт Прогнозируемая цена, руб. * Себестоимость единицы продукции, руб. Чистая прибыль от внедрения, руб. То же с учетом фактора времени Затраты, руб: Предпроизводственные затраты: То же с учетом фактора времени Экономический эффект: Превышение результата над затратами То же с нарастающим итогом Коэффициент привидения |
100 11987534.49 6823755 143298885 143298885 22562562 111450000 142012562 142012562 -33007304 -33007304 1.00 |
100 11987534.49 6823755 143298885 119786004 - 111450000 116450000 129231421 22401947 -10685357 0.91 |
100 11987534.49 6823755 143298885 143427976 - 111450000 116450000 107929547 22401947 11716590 0.76 |
* - во всех расчетах предполагается, что инфляция отсутствует.
Получен экономический эффект 11716590 руб. за плановый период 3 года. Сама цифра вряд ли заставит падать в обморок от восхищения, однако не стоит забывать, что разработка велась всего двумя исполнителями, а ее сроки не превысили 2 месяцев.
Определение срока окупаемости и рентабельности.
Срок окупаемости единовременных затрат определяется путем последовательного сложения величин прибыли, включая год, когда полученная сумма сравняется с величиной единовременных затрат, приведенных в расчетном году.
Анализируя таблицу 8 можно сказать, что величина прибыли от производства устройства окупится только на третьем году его производства. Если немного подумать, можно указать срок окупаемости более конкретно.
Единовременные затраты, как следует из табл.8 составляют 142012562 руб. Прибыль равна 386709147 руб.
Достаточно просто разделить эти числа друг на друга и мы получим реальный срок окупаемости (в том случае, если производство равномерное). Произведя необходимые арифметические вычисления получим значение срока окупаемости 2.9 года.
9 ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ
Электронный измеритель предназначен для работы с ультразвуковым инструментом различных мощностей и различного назначения. Общим вредным фактором являются ультразвуковые колебания.
Источником ультразвука при эксплуатации цифрового измерителя УЗ-вибраций является рабочая поверхность ультразвукового инструмента, на котором проводятся измерения, работающего с частотами 22-100 кГц. Плотность энергии (в единице объема) ультразвуковых колебаний в миллионы раз больше плотности звуковой энергии слышимых звуков. Поэтому ультразвук сильнее воздействует на организм человека, происходит нагрев тела, а при воздействии колебаний на руки через жидкие и твердые среды происходит разрыв и разрушение тканей. Работающие ультразвуковые установки вызывают у человека усталость, боль в ушах, рвоту, расстройство нервной системы. Ультразвук распространяется в тканях человека со скоростью 1490-1610м/с. Это значение сравнимо со значением скорости распространения ультразвука в воде(1450м/с). При воздействии на человека ультразвук вызывает следующие эффекты: механический, термический и физико-химический. Одной из основных характеристик воздействия ультразвука на организм человека является интенсивность. При слабом воздействии интенсивность принимает значения до 1 Вт/см2
; при умеренном - 10-100 Вт/см2
; при сильном - более 100 Вт/см2
.
При эксплуатации цифрового измерителя УЗ-вибраций существует опасность воздействия ультразвука на руки оператора.
Чтобы осуществить плавный переход при нормировании от звукового диапазона к ультразвуковому, принято в соответствии с ГОСТ 12.1.001-83 “ССБТ. Ультразвук. Общие требования безопасности”. Вводить ограничения на действие ультразвуковых колебаний, начиная с третьоктавной полосы со среднегеометрической частотой 12,5 кГц.
Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах при действии ультразвука в зависимости от среднегеоментрических частот 1/3 октавных полос не должны превышать значений приведенных в табл.9.1.
Таблица 9.1 – Допустимые уровни звукового давления
| Среднегеометрическя частота, кГц | 12,5 | 16,0 | 20,0 | 26,0 | 31,5 - 100,0 |
| Уровни звукового давления, дБ | 80 | 90 | 100 | 106 | 110 |
Допустимые уровни ультразвука в зонах контакта рук и других частей тела оператора с рабочими органами приборов и установок не должен превышать 110 дБ.
Допускается пересчет виброскорости, характеризующей контактное воздействие ультразвука, на выходную допустимую мощность с учетом нагрузки 0,1 Вт/см2
. Эти значения установлены при длительности воздействия ультразвука в течение восьмичасового рабочего дня.
При суммарном времени воздействия ультразвука от 1 до 4ч в смену, норматив значения допускается увеличивать на 6 дБ, при воздействии от ј до 1ч - на 12 дБ, от 5 до 15 мин - на 8 дБ, от 1 до 5 мин - на 24 дБ.
Ультразвуковые установки, генерирующие шум, в которых уровни звуковых давлений в частотных полосах спектра превышают допустимые значения, должны быть оборудованы звукоизолирующими кожухами и экранами. Кожухи могут быть изготовлены из следующих материалов: а) из 1-мм листовой стали или дюрали, обклеенной рубероидом или резиной толщиной 3-5 мм либо покрытых противошумной мастикой (ТУ МХП 4468-55); б) из гетинакса толщиной 5 мм; в) эластичные звукоизолирующие кожухи из трех слоев резины 1 мм каждый (ГОСТ 7338-55) и др.
Основным условием, обеспечивающим хорошую эффективность звукоизоляции, является отсутствие щелей и отверстий в кожухе.
ультразвуковые установки должны иметь блокировку, отключающую преобразователи при открывании кожухов;
экраны рекомендуется использовать для защиты от направленных звуковых волн, излучаемых ультразвуковой установкой. Экраны целесообразно использовать в больших рабочих помещениях.
Конструкция цифрового измерителя амплитуды УЗ-вибраций построена таким образом, что для проведения измерений амплитуды вибраций поверхности, необходим контакт последней с пьезоэлектрическим щупом, который находится в руке оператора.
Защита от воздействия ультразвука при контактном воздействии состоит в прямом исключении непосредственного соприкосновения работающих с инструментом, жидкостью, обрабатываемыми изделиями. Загрузка и выгрузка изделий должны производиться при выключенном источнике ультразвука. Если же выключение не желательно, то применяют специальные приспособления. Например, изделия в ванны для очистки погружают в сетках, снабженных ручками с виброизолирующим покрытием (пористая резина, поролон и др.).
При соприкосновении с преобразователями частоты, что предполагается при проведении измерений амплитуды УЗ-вибраций данным прибором, необходимо применять специальные перчатки (резиновые с хлопчатобумажной прокладкой). Когда неудобно пользоваться перчатками, можно использовать пинцеты, зажимы и щипцы с виброизолирующим покрытием поверхности
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения данного дипломного проекта разработана конструкция электронного измерителя амплитуды УЗ-вибраций. Данный прибор имеет высокую точность измерения амплитуды, комплексный показатель технологичности0.652. Измеритель имеет малые габариты и вес и высокую надежность - наработка на отказ равна 33557 часa; вероятности безотказной работы равное 0.97. Это гарантирует надежную работу электронного измерителя вибраций.
При разработке конструкции измерителя детально проведены расчеты технологичности, надежности, компоновки прибора. Результаты конструкторских расчетов в полной мере соответствуют требованиям технического задания.
Получен экономический эффект 11716590 руб. за плановый период 3 года. Сама цифра вряд ли заставит падать в обморок от восхищения, однако не стоит забывать, что сроки разработки не превысили 2 месяцев.
В разделе охраны труда и техники безопасности подробно рассмотрены вопросы защиты персонала от воздействия ультразвука и других вредных воздействий, возможных при эксплуатации измерителя.
Электронный измеритель амплитуды УЗ-вибраций имеет ряд преимуществ над уже существующими образцами:
- снижены габариты и потребляемая мощность за счет использования современных экономичных ИМС и жидкокристаллического индикатора;
- снижена себестоимость прибора путем повышения технологичности, усовершенствования принципиальной схемы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. А.С. 481785. Способ измерения амплитуды колебаний рабочего конца ультразвукового инструмента. / М.Д. Тявловский, Н.В. Вышинский.
2. Аналоговые и цифровые интегральные схемы / С.В. Якубовский, Н.А. Барканов, В.П. Кудряшов и др. Под ред. С.В. Якубовского. -М: Советское радио, 1979. -335с.
3. Ангелов Г.С., Ермолов И.Н. и др. Применение ультразвука в промышленности. - М., Машиностроение, 1985г. - 240 с.
4. Бенькова А.Ф., Расторгуев Д.Л., Хлопотунова Н.А., Эй-дельнант М.П. Новые разработки в УЗ технике и их применение. Л.,ЛДНТП,1982.-с.72-75.
5. Голямина И.П., Каплун С.М. Оптические датчики для измерения УЗ колебаний. -Л, ЛДНТП,1982.-с.80-98.
6. Информационный лист о научно-техническом достижении. Измерители ультразвуковых вибраций. Серия 47.13.13. БелНИИТИ Госэкономплана БССР, 1991 .
7. Смолин Ю.А., Тихонов А.С., Шлыков Е.С. Новые разработки в УЗтехнике и их применение.- Л., ЛДНТП,1982.- с.69-72.
8. Интегральные микросхемы: Справочник / Б.В. Тарабрин, Л.В. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В. Тарабрина. -М.: Радио и связь, 1984. -528с., ил.
9. Федорков Б.Г., Телец В.А. Микросхемы ЦАП и АЦП : функционирование, параметры, применение. –М.: Энергоатомиздат, 1990. -320 с .
10. Методическое пособие по разработке печатного монтажа. Сборник заданий для конструкторского практикума по курсу "Конструирование РЭС" по теме "Разработка и оформление конструкторской документации на изделие РЭА, содержащее корпусированные интегральные микросхемы и печатный монтаж." (для студентов специальности 23.03 всех форм обучения) / Ж.С. Воробьева и др. Мн. МРТИ,1992, 114 с.: ил.
11. Сотсков Б.С. Основы теории и расчёта надёжности элементов и устройств автоматики и вычислительной техники. -М.: Сов. радио,1964.
12. Достанко А.П., Ланин В.Л., Хмыль А.А. Методические указания по курсовому проектированию по технологии радиоэлектронной аппаратуры. -Мн., МРТИ, 1986.
13. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию "Разработка и оформление технологической документации на процессы производства РЭС и ЭВС". Части 1 и 2. - Мн. МРТИ, 1991. - 43 с.
14. Технико-экономические обоснования в дипломных проектах: [Учеб. пособие для радиотехн. спец. вузов/ К.Д. Гарбер, Ф.И. Гилицкий, Т.С. Карачун, Н.И. Новицкий]; Под ред. Ф.И. Гилицкого. -Мн.: Выш.шк., 1985.-133с.
15. Методические указания по технико-экономическому обоснованию дипломных проектов. / Сост. Т .В. Елецких, Э.А. Афитов, В.А. Палицин, А.К. Феденя. - Мн.; БГУИР, 1996 г.
16. Учебно-программный материал (в помощь практическому работнику охраны труда). Раздел: "Защита от шума, вибрации и ультразвука." Составитель Филиппов В.В.,М., ротапринт ВЦНИИОТ, 1991г.
17. Чернышева Е.А. Защита от ультразвука. Методические указания по дипломному проектированию / под ред.Алешина Н.П., М. типография МВТУ, 1984 г.
18. Бектобетов В.Г., Борисова Н.Н., Коробков В.И. и др. Справочная книга по охране труда в машиностроении. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение. 1989г.- 541с.
19. Охрана труда в машиностроении: учебник для машиностроительных вузов / Е.Я. Юдин, С.В. Белов, С.К. Бакланцев и др. под ред. Е.Я. Юдина, С.В. Белова - 2 изд., перераб. и доп. - М., Машиностроение, 1983 г., 432 с., ил.
20. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. -Л.: Энергоатомиздат. Ленинград. отд-ние. 1984.-536с.,ил.
21. Конструирование и микроминиатюризация ЭВА: Учебник для вузов -М.: Радио и связь,1984.-272с.,ил.
22. Конструкторский практикум по курсу "Конструирование и микроминиатюризация РЭА" и "Конструирование и производство РЭА" / Ж.С. Воробьева, Н.С. Образцов, С.М. Боровиков, И.Г. Шупейко. -Минск: изд. МРТИ, ч 1, 1977.-68с.
23. Конструкторская документация: сборочные чертежи и документация. Методическое пособие по оформлению конструкторской документации для студентов специальности "Конструирование и технология РЭС" / Ж.С. Воробьева, В.Ф. Алексеев, Н.С. Образцов, С.Н. Юрко, А.М. Ткачук. - Мн.: изд. МРТИ, 1991 - 30 с.: ил.
24. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры : Справочник / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов и др.; Под ред. Э.Т. Романычевой. - 2-еизд., перераб. и доп. - М. : Радио и связь, 1989. - 448с.: ил.
25. Самохвалов Я.А., Левицкий М.А., Григораш В.Д. Справочник техника-конструктора. Издание 3-е, переработанное и дополненное - Киев; "Техника", 1978. - 590с.
26. Справочник конструктора РЭА: Общее принципы конструирования / Под ред. Р.Г. Варламова. -М.: Сов. радио,1980.-480 с., ил.
27. Справочник конструктора - приборостроителя. Проектирование. Основные нормы / В.Л. Соломахо, Р.И. Томилин, Б.В. Цитович, Л.Г. Юдович - Мн.: Высш. шк., 1988.-272с.
28. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД. Справочник.- М.: Изд-во стандартов, 1989.
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Кафедра современных электронных технологий
СПРАВКА
ОБ ИССЛЕДОВАНИИ ПАТЕНТНОЙ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА:
ЭЛЕКТРОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ
ВИБРАЦИЙ
ВыполнилФалькович П.В../
Руководитель темыЛанин В.Л. /
Патентовед Бочкова Н.А. /
Минск 1999г.
ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Таблица 1
| Основные технические данные для поиска | Страны | Класс МКИ или УДК |
Что и за какой период просмотрено |
Ультразвук Измерения Вибрации |
СССР | G 01 H 11/00 | С А.с. N134036,кл G 01 Н 11 / 00,1980 по А.с.N 8538454 G 01 Н 11/00, 1992. |
ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Таблица 2
№№, названия выявленных аналогов |
Анализ технических решений, темы. Выводы и рекомендации |
| 1 | 2 |
А.с.14288938А от 07.10 88 БИ N37 -М.Д. Тявловский, В.А. Колтович С.П. Кундас, В.В. Мошков, А.В. Абрамов, и Д.В. Чуркин. А.с. N 134036, кл. g 01 Н 11/00 1960; - А.с. N 746204, кл. g 01 Н 11/00, 1980. |
Устройство содержит последовательно соединенные автогенератор с параметрическим датчиком в колебательном контуре, усилитель-дискриминатор, частотный детектор, функциональный преобразователь состоит из делителя с семейством паралельных ключей, содержащих диоды, порог срабатывания которых настроен так, что передаточная функция преобразователя компенсирует влияние зазора установки параметрического датчика. |
А.с.1428939 от 07.10.88 БИ N 37 М.Д. Тявловский, В.А. Колтович, и Г.В. Г.В. Сатковский. А.с. N 134036, кл. g 01 Н 11/00, 1960 - А.с. N 823994 кл. g 01/11,1988. |
Повышение точности измерений путем калибровки в процессе измерений. Указанная цель достигается путем введения конденсатора, коммутатора, амплитудного детектора. Сигнал с АГ, в состав которого входит параметрический датчик смещений и конденсатор, подается на усилительный дискриминатор, а затем на ЧД. Коммутатор периодически шунтирует конденсатор, что вызывает модуляцию сигнала на выходе ЧД. На выходе 1-го АД сигнал пропорционален измеряемому колебанию, на выходе 2-го - изменению зазора, определяемой емкостью конденсатора. |
2 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ЛИТЕРАТУРА И ТЕХНИЧЕСКАЯ
ДОKУМЕНТАЦИЯ
(указываются библиографические данные источников информации, достаточные для нахождения охарактеризованных в них аналогов)
Акустика и УЗ техника. Сборник статей. Отв. редактор Кортнев А.В. -Киев.: Техника, 1990. -76с.
Ланин В.Л., Хмыль А.А. Современные процессы пайки в производстве радиоэлектронной аппаратуры. - Мн.: БелНИИНТИ, 1988. - 60с
Поиск проводился по фондам ..патентная б-ка БелНИИНТИ
(указываются: ВПТБ, ТПФ, отраслевой и т.д.)
Достоверность сведений удостоверяю
Руководитель ___________В.Л. Ланин.
"___"________1999г.