Цифровой измеритель

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра “Персональной электроники"

УТВЕРЖДАЮ

заведующий кафедрой ПР-7

______________Ю.С.Сахаров

"___"_____________2005года

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к дипломному проекту Дипломник Зуев Д.М. шифр 99329 группа ПР-7 9901 (В) _ Отделение (УКП) Стромынка специальность 2008 "Проектирование и технология ЭС"1.Тема _______Разработка конструкции цифрового измерителя__________________ _________________________________________________________________________ Консультанты по разделам Конструкторский раздел _____________ ______ __ подпись, дата инициалы, фамилия Технологический раздел ______________ ____ _ подпись, дата инициалы, фамилия БЖД раздел _____________ ______ __ _ подпись, дата инициалы, фамилия Экономический раздел _____________ ______ _ подпись, дата инициалы, фамилия Руководитель проекта _____________ __________ _ подпись, дата инициалы, фамилия Дипломник _____________ ________ _______ подпись, дата инициалы, фамилия

МГАПИ

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Отделение ( УКП ) Стромынка ВФ

Группа ПР7

Специальность 2008

Студент Зуев Д.М

2005 г.

1.5 Конструкторские расчеты

1.5.1.Выбор системы охлаждения

При выборе системы охлаждения необходимы следующие исходные данные:

тепловой поток, рассеиваемый поверхностью теплообмена (корпуса) конструкции, Q ≈ Pпит = 12 Вт;

площадь поверхности теплообмена (корпуса), Sк = 0,013 м2;

допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента, t = 120°С;

максимальная температура окружающей среды, t о.ср. = 60°С;

минимальное давление окружающей среды, Но. ср. = 610 мм. рт.ст.

При расчете системы охлаждения воспользуемся методикой изложенной в (7, с. 12-26)

Значение теплового потока можно определить по формуле:

Р = Pпит(1 - η),

где Р - значение теплового потока, Вт;

Pпит – мощность, потребляемая от источника питания, Вт;

η – коэффициент полезного действия устройства, η = 0,6.

Р = 12(1-0,6) = 4,8 Вт,

Поверхностная плотность теплового потока определяется по формуле:

q = ,

где q - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м2;

Кн – поправочный коэффициент на давление окружающей среды;

где Н – нормальное давление, Н = 760 мм.рт.ст.

Кн =1/ = 1,12,

q = = 199 Вт/м2,

Минимально допустимый перегрев элементов конструкции рассчитывается по формуле:

∆t = |ti min – tо.ср| ,

∆t = |120 – 60| = 60 °С,

По рассчитанным значениям ставим точку, на рисунке 3.2, положение которой определяет систему охлаждения конструкции. Охлаждение естественное воздушное.

Рис. 3.2. Выбор системы охлаждения

1…9 – области целесообразного применения различных способов охлаждения:

1 - естественное воздушное, 2 - естественное и принудительное воздушное,

3 - принудительное воздушное, 4 - принудительное воздушное и жидкостное,

5 - принудительное жидкостное, 6 - принудительное жидкостное и естественное испарительное,

7 - принудительное жидкостное, принудительное и естественное испарительное,

8 - естественное и принудительное испарительное, 9 - принудительное испарительное.

1.5.2.Расчет теплового режима блока

В эксплуатации разрабатываемое изделие подвергается воздействию температуры окружающей среды, механическим и климатическим воздействиям.

Температурные воздействия снижают надежность и являются одним из дестабилизирующих факторов. Характерными дефектами, вызванными тепловыми воздействиями, являются ухудшение изоляционных свойств материалов, изменения параметров перехода полупроводниковых приборов, значений емкостей и сопротивлений ЭРЭ, снижение механических свойств полимерных материалов. В разрабатываемой конструкции возникают напряжения, которые приводят к деформациям конструкций, вызывая обрывы проводников и электрических соединений и ослаблению соединений.

Обеспечение необходимых условий работы заключается в создании установившегося режима, когда количество рассеиваемого тепла в окружающую среду равно выделенному количеству.

Расчет теплового режима блока производят в два этапа:

определение температуры корпуса блока tк;

определение среднеповерхностной температуры нагретой зоны tн.з.

Для выполнения расчета теплового режима необходимы следующие исходные данные:

размеры корпуса блока:

- длина L = 0,111 м;

- ширина B = 0,110 м;

- высота H = 0,455 м;

размеры нагретой зоны lbh, м 0,090,090,01;

величина воздушного зазора между:

нагретой зоной и нижней поверхностью корпуса hн = 0,002 м,

нагретой зоной и верхней поверхностью корпуса hв = 0,001 м

нагретой зоной и боковой поверхностью корпуса hб = 0,00275;

мощность радиоэлементов, расположенная непосредственно на корпусе блока 0,25 Вт;

температура окружающей среды tо = 60оС

Методика расчета, дополнительные параметры, необходимые для расчета представлены в (7, с. 142-150) и в данной работе подробно не описываются.

1. Определение температуры корпуса.

1) Удельная поверхностная мощность корпуса блока рассчитана ,q =199 Вт/м2.

2) Перегрев корпуса блока в первом приближении tк = 20оС.

3) Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней лв, боковой лб, нижней лн поверхности корпуса:

где εi – степень черноты i-й наружной поверхности корпуса, εлi = 0,92.

При расчете получилось: лв = лб = лн = 8,43.

4) Для определяющей температуры tm = to+ 0,5tк рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса:

Grmi = m g tк ,

где Lопрi – определяющий размер i-й поверхности корпуса,

g – ускорение свободного падения, g = 9,8 мс-2;

νm – кинетическая вязкость газа, νm = 23,1310-6 м2/с;

m – коэффициент объемного расширения, для газов

m = (tm+ 273)-1 ,

tm = 60 + 0,5 20 = 70 oC,

m = (70+273)-1 = 0,0029,

Grmв = Grmб = Grmн = 0,0029 9,8 20 = 30,1

5) Определяем число Прандтля Рr из (5, с. 145): Рr = 0,696

6) Находим режим движения газа, обтекающего каждую поверхность корпуса:

(GrРr)mв = (GrРr)mн = (GrРr)mб =21. (1,22)

Так как (GrРr)mi5102, то режим переходный к ламинарному.

7) Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока кi:

кi = 1,18(GrРr)1/8mNi , (1,23)

где m – теплопроводность газа, m = 2,910-2 Вт/мК,

Ni – коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса:

Ni =

кн = 1,18(21)1/80,7 = 0,33;

кб = 1,18(21)1/81 = 0,47;

кв = 1,18(21)1/81,3 = 0,61.

8) Определяем тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой σк:

σк = (кн+лн) Sн+(кб+лб) Sб+(кв+лв) Sв,

где Sн, Sб, Sв – площади нижней, боковой и верхней поверхностей корпуса соответственно;

Sн = Sв = LB = 0,11 0,1 = 0,011 м2,

Sб = 2H (L+B) = 2 0,015 (0,11 + 0,1) = 0,0036 м2

При расчете получилось: σк = 0,25

9) Рассчитываем перегрев корпуса блока во втором приближении по формуле:

tко = (Ро/ σк) КкпКн1,

где Ккп – коэффициент, зависящий от коэффициента перфорации корпуса блока, Ккп = 0,8

Кн1 – коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды,Кн1 = 1,18

tко = (4,55 / 0,25) 0,8 1,2 = 22,8 оС,

10) Определяем ошибку расчета по формуле:

= / tко,

= / 22,8 = 0,090

Так как < 0,1, то расчет можно закончить.

11) Рассчитываем температуру корпуса блока по формуле:

tк = to + tко ,

tк = 60 + 22,8 = 82,8 oC

Этап 2. Определение поверхностной (средней) температуры нагретой зоны.

1) Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока q3 по формуле:

q3= ,

где Р3 – мощность, рассеиваемая в нагретой зоне, Р3 = Ро - Рк

Расчет: q3 = = =325 Вт/м2

2) Перегрев нагретой зоны относительно температуры, окружающей блок среды в первом приближении:

tз = 21 оС

3) Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними злн, верхними злв и боковыми злб поверхностями нагретой зоны и корпуса:

злi = εпi5,67[()4 – ()4] / (tз - tко)

где εпi – приведенная степень черноты i-й поверхности нагретой зоны и корпуса:

εпi = [ + (- 1) ]-1,

где ε3i и εki – степень черноты и площадь i-й поверхности нагретой зоны.

При расчете получилось:

εпв = εпн = 1.18, εпб = 1.16

злв = злн = 1,522, злб = 1,508

4) Для определяющей температуры tm=(tк+to+tз) / 2=(82,8+60+21) / 2= 81,9oC

Находим числа Грасгофа и Прандтля:

Grmн = Grmв = Grmб = 13,2

Рr = 0,694

5) Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности:

для нижней поверхности:

зкн = m / hн ,

для верхней поверхности:

зкв = m / hв ,

для боковой поверхности:

зкб = m / hб .

При расчетах получилось:

зкн = 20,35

зкв = 32

зкб = 12,55

6) Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:

σзк = Кσ (злi + зкi) Sзi ,

где Кσ – коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен, Кσ= 1,46

При расчете получилось: σзк = 0,876

7) Рассчитываем перегрев нагретой зоны tзо во втором приближении:

tзо = tко + ,

где Кw – коэффициент, учитывающий внутреннее перемещение воздуха, Кw = 1;

Кн2 – коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока, Кн2 = 1.

tзо = 19 + = 22 оС

8) Определяем ошибку расчета:

= ,

= = 0,045

Так как < 0,1, то расчет может быть закончен.

9) Рассчитываем температуру нагретой зоны:

t3 = to + tзо,

t3 = 60 + 22 = 82 оС

Рассчитанное значение температуры нагретой зоны показывает, что все элементы электрической схемы имеют рабочую температуру выше полученного значения температуры в нагретой зоне. Реальный тепловой режим разработанной конструкции уточняется в процессе испытания опытных образцов.

1.5.3.Расчет на механические воздействия

Вся РЭА подвергается воздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали, входящей в конструкцию. Механические воздействия имеют место в блоке цифрового измерителя в нерабочем состоянии при транспортировании.

Причинами механических воздействий являются вибрации и удары во время движения объекта установки или во время транспортирования до места эксплуатации, перегрузки из-за ускорения во время старта или маневрирования транспортных средств, воздействия ветра и других факторов.

Механические воздействия приводят к поломкам и деформациям несущих конструкций, отслаиванию печатных проводников, обрывам проводов и выводов ЭРЭ, паразитной модуляции сигналов и др. Наибольшее разрушительное воздействие на конструкцию оказывают вибрации.

Целью расчета является определение действующих на элементы изделия перегрузок при действии вибрации и ударов, а также максимальных перемещений и определение защищенности от механических воздействий.

Для выполнения расчета механических воздействий необходимы следующие исходные данные:

геометрические размеры платы, lbh, м:

0,110,10,45;

диапазон частот вибрации, fвиб = 10…..30 Гц;

длительность удара, τ = 10 мс;

амплитуда ускорения при ударе, Ну = 10 g;

предельное ускорение, выдерживаемое элементами блока без разрушения:

при вибрации 5 g

при ударах 35 g

Методика расчета, дополнительные параметры, необходимые для расчета представлены в [7, с. 150].

1) Расчет на действие вибрации.

Расчет собственных колебаний конструкции является трудоемкой задачей. Поэтому заменим конструкцию эквивалентной расчетной схемой. Определяем частоту собственных колебаний отдельных конструкционных элементов.

Частота собственных колебаний равномерно нагруженной пластины вычисляется по формуле:

fo = ,

где a и b – длина и ширина пластины, м;

D – цилиндрическая жесткость пластины, Нм;

m – масса пластины, с элементами, кг.

Кa – коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон платы, определяется по формуле:

Кa = ,

D = έ h3/12 (1-) ,

где έ – модуль упругости, Н/м2;

h – толщина пластины, м;

D = = 6,9 Нм;

Кa = 24,24

fo = = 470Гц

Для печатного узла должно выполняться условие fo > 3fb. Так как fo >> 3fb, 470 >> 370, то обеспечивается защищенность конструкции блока цифрового измерителя от вибрационных воздействий, за счет отстройки собственной частоты печатного узла от максимальной частоты внешних вибрационных воздействий.

2) Расчет на действие удара

Движение системы, вызываемое ударной силой, в течение времени действия этой силы определяется законом вынужденных колебаний. После прекращения действия ударной силы, движение системы подчиняется закону свободных колебаний. Начальными условиями при этом являются смещение и скорость движения в момент прекращения действия удара

a) Определяем условную частоту ударного импульса:

, (1,41.)

где - длительность ударного импульса, с.

b) Определяем коэффициент передачи при ударе:

Кg= 2 sin , (1,41.)

где - коэффициент расстройки, =

= 314,16 /2π 402 = 0,124

Кg= 2 sin = 0,438 ;

c) Рассчитываем ударное ускорение:

= HуКg , (1,43.)

где Ну – амплитуда ускорения ударного импульса

= 10 0,438 = 4,38 g

d) Определяем максимальное относительное перемещение:

Zmax = sin , (1,44.)

Zmax = sin = 0,00174 м

e) Проверяется выполнение ударопрочности по следующим критериям:

ударное ускорение должно быть меньше допустимого, т.е. < , где определяется из анализа элементной базы, = 35 g.

Zmax < 0,03 b2,

где b- размер максимальной стороны ПП.

Zmax < 0,00243,

Так как условия ударопрочности выполняются для ЭРЭ и печатной платы, считаем что блок зажигания защищен от воздействий удара.

1.5.4.Анализ надежности

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации.

Надежность электротехнической системы и отдельных ее элементов – свойство системы выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования (ГОСТ 13377-75). Система может находиться в одном из двух состояний: исправном и неисправном. Если система соответствует всем требованиям нормативно-технической документации (в том числе и второстепенным, характеризующим внешний вид и удобство эксплуатации), то она исправна, при несоответствии хотя бы одному требованию – неисправна.

Состояние системы, при котором она способна выполнять заданные функции, сохраняя требуемые значения определенных параметров, называется работоспособным. Система находится в неработоспособном состоянии, если хотя бы один параметр, характеризующий способность системы выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической документации.

Событие, состоящее в частичной или полной утрате работоспособности и приводящее к невыполнению или неправильному выполнению тестов или задач, называется отказом (ГОСТ 16325-76).

Расчет надежности выполняется на основе логической модели безотказной работы РЭС. При составлении модели предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы и в целом РЭС могут находиться в одном из двух состояний: работоспособном и неработоспособном. Используются две логические схемы надежности:

последовательная, когда отказ любого элемента ведет к отказу всего устройства;

параллельная, когда отказ любого элемента не вызывает отказа всего устройства.

Последовательные схемы надежности характерны для не резервированных РЭС, параллельные – для РЭС с резервированием.

Основными количественными характеристиками надежности являются:

вероятность безотказной работы;

среднее время наработки на отказ;

Определение надежности проводится с помощью упрощенных расчетов, которые представлены в (4, с. 254-261).

1) Определяются интенсивности отказов элементов с учетом условий эксплуатации изделия:

, (3,45)

где - номинальная интенсивность отказов,.

К1 –коэффициент, учитывающий влияние механических факторов, К1 = 1,46;

К2 –коэффициент, учитывающий влияние климатических факторов, К2 = 2,5;

К3 –коэффициент, учитывающий влияние пониженного атмосферного давления К3 = 1;

– коэффициент, учитывающий влияние окружающей среды и электрические нагрузки элемента (Кн).

2) Интенсивность отказов системы рассчитывается по формуле:

где mi – число элементов i-го типа;

n – число типов элементов; представлены в таблице

Интенсивность отказов элементов Таблица

№	Тип элемента	Число элементов mi	oi10-6 1/ч	Кн	ai	oiai10-6 1/ч	i10-6, 1/ч	imi10-6, 1/ч
	K1816BE31	1	1,0	0,5	0,98	0,98	3,58	3,58
	К555ИР22	2	1,0	0,5	0,98	0,98	3,58	5,32
	К573РФ5	1	1,0	0,5	0,98	0,98	3,58	3,58
	КР155ТЛ3	1	1,0	0,5	0,98	0,98	3,58	3,58
	КР155ТМ2	1	1,0	0,5	0,98	0,98	3,58	3,58
	K555ИР19	1	1,0	0,5	0,98	0,98	3,58	3,58
	МЛТ-0,125	33	0,01	0,5	0,6	0,006	0,0219	7,225
	С1-4-0,125	1	0,015	0,5	0,6	0,006	0,033	0,032
	КТ 361В	16	1,0	0,2	0,17	0,17	2,72	5,44
	К 10-7В	1	0,01	0,5	0,54	0,0054	0,019	0,019
	К10-7В	1	0,01	0,5	0,54	0,0054	0,019	0,019
	К 50-16-6,6В	1	0,01	0,5	0,54	0,054	0,019	0,019
	Фильтр кварц.	1	0,5	-	1	0,5	1,84	1,84
	Печатная плата	1	0,02	-	1	0,02	0,073	0,073
	Соединения пайкой	13	0,001	-	1	0,001	0,00365	0,047
	Соединения пайкой	13	0,001	-	1	0,001	0,00365	0,047

= 24,1510-6 1/ч.

3) Значение наработки на отказ:

Среднее время наработки на отказ удовлетворяет заданному

4) Вероятность безотказной работы:

P (t) = ,

P (t) =

Вероятность безотказной работы за 1000 часов составляет 0,97, что соответствует техническим требованиям.

Расчет проведен для периода нормальной эксплуатации устройства, основанных на следующих допущениях:

отказы случайны и независимы;

учитываются только элементы электрической схемы и монтажные соединения;

все элементы устройства равнонадежны;

имеет место экспоненциальный закон надежности;

учет влияния на надежность режима и условий работы элементов выполняется приближенно.

Данные допущения принимаются вследствие того, что при расчете надежность РЭА по постепенным отказам определяется вероятностью попадания некоторого выходного определяющего параметра РЭА в пределы определенного допуска. Поскольку периодическое измерение параметров элементов, характеризующих их работу, является нецелесообразным с точки зрения пользователя.

1.5.5 Топологическое размещение

Топологическое конструирование платы разбито на два этапа: размещение элементов и трассировку соединительных линий, причем разделение единой задачи принято для упрощения ее решения.

В качестве критериев оптимальности размещения используем: минимум суммарной длины всех печатных проводников; минимум максимальной длины сигнальных проводников; максимально близкое пространственное расположение модулей с наибольшим числом взаимных связей. Все критерии направлены на достижение плотного размещения.

При топологическом конструировании элементы заменяют их установочными моделями. Посадочное место элемента представляет собой проекцию установочной модели на плату. Размещать элементы можно не по всей поверхности платы, а только в зоне размещения. При трассировке каждая цепь разделяется на прямолинейные фрагменты, которые распределяются по магистралям канала (каналы образуются промежутками между корпусами навесных элементов; одна трасса в канале - магистраль). Фрагменты цепей в пределах канала упорядочиваются относительно друг друга по критерию минимума пересечений и максимально эффективного использования пропускной способности каналов При трассировке все горизонтально расположенные фрагменты цепей выполняются на одной стороне платы, а вертикально расположенные на другой (т.е. вертикальные и горизонтальные каналы располагаются на различных сторонах ДПП). Переход трассы из горизонтального канала в вертикальный и обратно осуществляется с помощью сквозных металлизированных отверстий. Это позволяет получить трассы минимальной длины.

Диаметры монтажных и переходных отверстий (под переходным отверстием печатной платы подразумевается отверстие, служащее для соединения проводящих слоев печатной платы) соответствуют ГОСТ 10317-79. Микросхемы с планарными выводами можно устанавливать с помощью клея и лака. Их выводы припаивают к контактным площадкам. Корпус микросхемы с планарными выводами приклеивают непосредственно на полупроводник или на контактную прокладку. Прокладка может быть из тонкого текстолита 0,3 мм или металлическая (медь, алюминий, их сплавы) 0,2 - 0,5 мм. Металлическая прокладка служит в качестве теплоотводящей шины. Для ее изоляции от проводников используют специальную пленку.

Центры металлизированных и крепежных отверстий на полупроводнике должны располагаться в узлах координатной сетки. Координатную сетку применяют для определения положения печатного монтажа. Основной шаг координатной сетки 1,25 мм, дополнительный – 0,5 мм и 0,25 мм.

Контактные площадки или металлизированные отверстия под первый вывод должны иметь ключ.

Для увеличения ремонтопригодности, ИМС второй степени интеграции устанавливают в разъемные соединители. Электрический соединитель крепят и распаивают на печатной плате.

Размещение навесных элементов на печатной плате осуществляется в соответствии с ОСТ 4.ГО.010.030 и ОСТ 4.ГО.010.009. При расположении навесных элементов предусматривается: обеспечение основных технических требований, предъявляемых к аппаратуре; обеспечение высокой надежности, малых габаритных размеров и массы, быстродействия, теплоотвода, ремонтопригодности.

Вариант установки элементов на плату – односторонняя установка.

По ГОСТ 23571-79 выполняется рациональное размещение навесных элементов с учетом электрических связей и теплового режима с обеспечением минимальных значений длин связей, количества переходов печатных проводников, паразитных связей между навесными элементами; кроме этого выполняется равномерное распределение масс элементов по поверхности платы с установкой элементов с большей массой вблизи мест механического крепления платы.

Характер и степень влияния климатических факторов определяют, в первую очередь, физические свойства материала печатной платы. Несмотря на хорошую влагостойкость стеклотекстолита необходимо принять меры по защите ПП от влаги, так как поверхность диэлектрика быстро покрывается адсорбированным слоем влаги и загрязнений, который определяет утечки, диэлектрические потери, электрическую прочность, качество соединительных дорожек и паек. Для защиты используют кремнийорганические лаки или лаки на основе эпоксидных смол, покрытие органическими компаундами. Защитные покрытия положительно влияют на механические свойства печатной платы. Для защиты проводящих слоев от окисления, сохранения паяемости используют металлические покрытия

Для обеспечения защиты блока от различных внешних воздействий, необходимо защитить в первую очередь печатные узлы. Безотказность частей РЭА 1го уровня, находящихся под защитой кожуха и других несущих конструкций высших уровней, сводится, по существу, к безотказности в условиях воздействия двух главных факторов: тепла (холода) и влаги. Действие температуры проявляется не только во время эксплуатации, но и при сборке печатных узлов с пайкой. Во время эксплуатации перепады температуры с медленным прогревом или охлаждением печатного узла является обычным явлением. Температура оказывает разрушительное действие из-за существенного различия в температурном коэффициенте расширения металла и пластмассы, входящих в структуру ПП.

Второй климатический фактор, воздействующий на печатные узлы и приводящий к отказам, - влага. Если не принять защитных мер, то через несколько месяцев хранения во влажной атмосфере незащищенный печатный узел будет поврежден и вскоре после включения его возникнет отказ. Причиной будет чувствительный к влаге элемент – не лакированная ПП.

Защита от влаги, а также от опасных механических повреждений предусматривается в виде покрытия печатного узла после сборки слоем лака. Органическое покрытие создает барьер воздействию влаги и загрязнений на межэлектродный диэлектрик, предохраняет тонкие печатные проводники от разрушающих царапин, полезно влияет на резонансную частоту механические свойства ПП как упругой пластины.

(лист5.1 и 5.2 Печатная плата).

Формат

Зона

Поз.

Обозначение

Наименование

Кол.

Примечан.

Документация

Сборочный чертеж

Детали

Плата

Стандартные изделия

Резистор С1-4МВ-0,125-8,2 kОм±5% ОЖ0.467.545ТУ

Резисторы ГОСТ7113-77

МЛТ-0,125-1-20кОм±5%

R2-R17

МЛТ-0,125-1-100кОм±5%

R19-R34

Конденсаторы ОЖ0.461.093ТУ

К10-7В-0,24пкФ±10%

К10-7В-10пкФ±10%

Конденсаторы ОЖ0.871.093ТУ

К50-16-6,6В-10мкФ±10%

С3

Транзисторы

КТ 361В АА0.342.452ТУ

VT1-VT16

Микросхемы

K1816BE31 БК0.345.459ТУ

DD1

ДП-2068757-20.08-ПР7-40-05

Печатный узел Сборочный чертеж

Лит.

Масса

Масштаб

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Студент

Зуев

0,065кг

Руковод.

Кудрявцев

Консульт

Кудрявцев

Лист 1

Листов 2

Гр. ПР-7

Н.контр.

УКП Стромынка

Зав. каф.

Сахаров

К555ИР22 БК0.348.457ТУ

DD2,DD3

K573РФ5 БК0.322.435ТУ

DD4

KP155ТЛ3 БК0.466.288ТУ

DD5

KP155ТМ2 БК0.466.288ТУ

DD6

К555ИЕ19 БК0.466.288ТУ

DD7

Фильтр кварцевый

HS409 U

ZQ1

ДП-2068757-20.08-ПР7-16-01

Стр.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Формат

Зона

Поз.

Обозначение

Наименование

Кол.

Примечан.

Документация

Сборочный чертеж

Сборочные единицы

Плата

Детали

Корпус

Крышка

Прокладка

Стандартные изделия

Винт М2,5-6х12.36

ГОСТ 17473-72

Шайба 2,5.01.019

ГОСТ 11371-78

ДП-2068757-20.08-ПР7-40-05

Цифровой измеритель Сборочный чертеж

Лит.

Масса

Масштаб

Изм

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Студент

Зуев

0,15кг

Руковод.

Кудрявцев

Консульт

Кудрявцев

Лист

Листов

Гр. ПР-7

Н.контр.

УКП Стромынка

Зав. каф.

Сахаров

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ.

2.1. Оценка технологичности конструкции.

Под технологичностью конструкции подразумевается совокупность свойств конструкции, проявляющихся в возможности оптимальных затрат труда, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Конструкция прибора может считаться технологичной если она полностью отвечает предъявленным требованиям, может быть осуществлена наиболее экономичным ( при применяемом типе и масштабе производства ) технологическим процессом.

Для оценки технологичности используется комплексный показатель технологичности, характеризующий несколько ее признаков. На начальных этапах разработки были использованы качественные показатели технологичности.

Одним из основных направлений в повышении производственной технологичности прибора, является снижение массы изделия за счет применения технологичных материалов. Добиться снижения массы блока можно за счет правильного выбора материала печатной платы, и метода ее изготовления.

Плата изготавливается из стеклотекстолита по стандартной технологии комбинированным методом. Сущность данного метода заключается в контактном копировании рисунка с фотошаблона на основание, покрытое светочувствительным слоем (фоторезистом). Для метода характерна самая высокая точность ( ±0,05мм ) и плотность монтажа соответствующая 3-5 классу ( ширина проводников и зазоров между ними 0,1-0,25 мм) .

Последовательность основных операций изготовления печатной платы показывается на схеме:

1) получение заготовки из фольгированного диэлектрика;

2) нанесение фоторезиста, экспонирование через фотошаблон;

3) проявление защитного рельефа;

4) нанесение защитного слоя и сверление отверстий;

5) химическое меднение;

6) удаление защитного слоя;

7) гальваническое осаждение меди;

8) гальваническое нанесение защитного проекта;

9) стравливание фольги;

10) удаление фоторезиста.

Комбинированный позитивный метод применяется для изготовления двухсторонних печатных плат. Плата блока питания должна быть двухсторонней с односторонним расположением ЭРЭ, так как используется в системе питания бортовой РЭА и должна обладать повышенной плотностью монтажа и надежностью соединений. Выбранный материал для изготовления печатной платы блока питания стеклотекстолит СФ-2-50 является технологичным, т.к. имеет достаточную механическую прочность (G = 3ч4 Н/м2 ), стабильность параметров при воздействии агрессивных сред, невысокую себестоимость, хорошо обрабатывается и удобен при изготовлении ДПП, т.к. обладает оптимальными электроизоляционными свойствами.(12, стр 110-120 ,360-380)

Производственная технологичность цифрового измерителя для средне-серийного производства высокая, т.к. был выбран технологичный материал, для изготовления печатной платы, за счет чего была снижена масса изделия, ограничена номенклатура применяемых деталей, за счет повышения применяемости, заимствования из других РЭА и повторяемости в пределах одного вида РЭА, а так же были применены унифицированные средства технологического оснащения при изготовлении.

Для проведения количественного анализа технологичности конструкции были использованы семь частных показателей согласно ГОСТ 14.201-94, 14.202-94, 14.203-94.

1). Коэффициент использования микросхем:

Кисп.имс= = =0,102, (2.1)

где:

Нимс - количество интегральных микросхем;

Нэрэ - количество дискретных элементов;

1 - весовая функция коэффициента в общем показателе

технологичности (1=1).

2). Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

Кам = ==0.83 , (2.2)

где:

Нам - число монтажных соединений, которые могли бы осуществляться автоматизированным способом;

Нм = - общее число монтажных соединений;

 2 = - весовая функция коэффициента в общем показателе

технологичности ( 2 = 1).

3). Коэффициент механизации подготовки и монтажа ЭРЭ:

Кмп рэа = = =0,8 , (2.3)

где:

Нам эрэ - количество ЭРЭ, механизированно подготовленных к монтажу;

Нэрэ’ - общее число ЭРЭ;

Нэрэ’ = Нэрэ’ + Нмс ;

 3 = 0.75.

4). Коэффициент механизации контроля и настройки:

Кмкн = = =0,8 , (2.4)

где:

Нмкн - количество механизированных операций контроля и настройки;

Нкм - общее число операций контроля и настройки;

 4 = 0.5.

5). Коэффициент повторяемости ЭРЭ:

Кпов эрэ = 1 - = 1- = 0,82 , (2.5)

где:

Нт эрэ - количество типоразмеров ЭРЭ;

 5 = 0.31

6). Коэффициент применяемости ЭРЭ:

Кпов эрэ = 1 - =1- =1 (2.6)

где:

Нтф эрэ - количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ, т.е.

разрабатываемых специально для блока.

 6 = 0.187

7). Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

Кпф = = =1 ,

(2.7)

где:

Dпп - количество деталей выполненных прогрессивными методами;

D - общее число деталей без нормализованного крепежа.



8). Количественный показатель технологичности конструкции был определен по формуле:

Ki*i

i=1

K = , (2.8)

i

i=1

0.055*1.0+0.81*1.0+0.7*0.75+0.8*0.5+0.79*0.31+0*0.187+1*0.11

К =

1+1+0.75+0.5+0.31+0.187+0.11

К = 0.78

где:

Кi - расчетные (базовые) частичные показатели;

i - i-ый коэффициент весовой значимости;

n - общее количество коэффициентов n=7.

Нормативный комплексный показатель для мелкосерийного производства должен быть Кн = 0.5..0.8. Следовательно, рассчитанный коэффициент технологичности К=0.78 лежит в допустимых пределах. На основании этого был сделан вывод, что разрабатываемая конструкция является технологичной.(12.стр.414)

4.2Составление сметы затрат

Расчет смет и затрат на разработку

По данным предприятия, где проходила практика, материальные затраты при разработке блока устройства составили 1 000 рублей.

Смат = 1 000 руб. (10)

Затраты на заработную плату определяются по формуле:

С з.п. = С мес * t ож/168, (11)

где С мес - среднемесячная заработная плата соответствующих исполнителей;

168 - количество рабочих часов за месяц.

В разработке принимают участие 15 человек со следующей среднемесячной заработной платой

Общий фонд на заработную плату: 75 000 руб.

С з.п. = 75 000 * 1378/168 = 41 012 руб.

Отчисления на социальные нужды принимаются в размере 26% от затрат на зарплату:

С с.н. = 0,26 * С з.п. (12)

С с.н. = 0,26 * 41 012 = 8391руб.

Амортизационные отчисления рассчитываются по формуле:

С ам = kосн * а * Ткр /365 * 100, (13)

где kосн - балансовая стоимость амортизационного оборудования (принимаем 30 000 руб.);

а - годовая норма амортизации (принимаем 10 %);

Ткр - продолжительность критического пути (после оптимизации 52 дня).

С ам = 30 000 * 10 * 52/365 * 100 = 429 руб.

Прочие затраты при разработке составляют:

Спр = 1,5 * С з.п. (14)

Спр = 1, 5 * 41 012 = 61 518 руб.

Результаты расчетов приведены в таблице 4.4

Таблица 4.4

Результаты расчетов затрат

№ п/п	Наименование элемента затрат	Величина, руб.
1	Материальные затраты	1 000
2	Затраты на заработную плату	41 012
3	Отчисления на социальные нужды	8391
4	Амортизационные отчисления	429
5	Прочие затраты	61 518
	Итого:	118 928

1.4 Компоновка и конструирование устройства 1.4.1.Определение массогабаритных размеров печатной платы

1) Определение установочных площадей Sустi элементов. Установочная площадь каждого отдельно взятого элемента выбирается из таблицы. «Перечень элементов схемы и их характеристики».

2)Суммарная установочная площадь элементов, расположенных на плате определяется по формуле:

Sуст = 1,3Sустi, (1,1)

где Sуст - суммарная установочная площадь элементов, расположенных на плате, м2;

Sустi – установочная площадь i–го элемента, м2 (см. таблицу);

n - количество элементов схемы, шт.

Sуст = 1,33250.5= 422610-6 м2 ,

3)Площадь печатной платы определяется по формуле:

S n.n. = , (1,2)

где S n.n. – площадь печатной платы, мм2

Ks – коэффициент заполнения площади печатной платы, выбирается

Ks = 0,8.

Sn.n = = 5282 мм2

4)Определение линейных размеров печатной платы проводим в соответствии с [4, с. 96]. Из нескольких вариантов соотношений сторон ПП выбрали плату со следующими размерами LхB, мм: 103х105. Плата изготовлена из фольгированного стеклотекстолита СФ-2-50-2 и соответствует ГОСТ 10316-78

Определение габаритных размеров ячейки

Длина и ширина ячейки будут соответственно равны длине и ширине самой печатной платы:

Lяч = 103 мм, Вяч = 105 мм.

5)Высота ячейки определяется по формуле:

Hяч = hn.n+ max hэл ,

где Hяч – высота ячейки, мм;

hn.n – толщина печатной платы, мм;

max hэл – высота самого высокого элемента на плате, мм (см. таблицу Перечень элементов схемы и их характеристики.).

Hяч = 1,5 + 40 =41,5 мм

6) Масса ячейки определяется по формуле:

mяч = mnn + ,

где mяч – масса ячейки, кг;

mnn – масса печатной платы, кг;

mi – масса элемента, кг; масса каждого элемента представлена в таблице

«Перечень элементов схемы и их характеристики».

mnn = ρV ,

где ρ – плотность материала печатной платы, кг/м3

V – объем печатной платы, м3.

mnn = 2,4103 8,510-6 = 19,510-3 кг;

mяч = 19,510-3 + 20,510-3 = 40,0 10-3 кг.

Определены габаритные размеры ячейки LхBхH = 103х105х41,5 мм и масса mяч = 4010-3 кг.( лист3 Сборочный чертеж печатного узла)

1.4.2Выбор корпуса.

Плата в корпусе блока крепится горизонтально. Она прикручивается к днищу корпуса. Таким образом, плата защищена от механических воздействий.

Определение компоновочных характеристик корпуса блока цифрового измерителя включает в себя два этапа:

определение габаритных размеров корпуса блока;

определение общей массы конструкции блока.

1) Габаритные размеры корпуса блока определяются исходя из конструкторских соображений.

Ориентировочный объем проектируемой конструкции определяется по формуле:

V = Vяч.,

где V - ориентировочный объем проектируемой конструкции, м3;

Кv – обобщенный коэффициент заполнения объема, выбирается из [3, с.12 (0,9)],

Vяч. –Объем ячейки: (выбирается из таблицы Перечень элементов схемы и их характеристики.).

Vяч = HячLячBяч ,

Vяч = (40,5103105) 10-9 = 424,510-6м3,

V = 124,510-6 = 438,410-6м3,

Длина корпуса блока определяется по формуле:

L = Lяч + Х1 + Х2,

где L - длина корпуса блока, мм;

Lяч – длина ячейки, мм;

Х1, Х2 – припуски размеров для обеспечения свободной установки ячейки в блок, Х1 = Х2 = 1,5 мм

L = 103 + 1,5 + 1,5 = 106 мм

Ширина корпуса блока определяется по формуле:

B = Bяч + Y1 + Y2,

где B - ширина корпуса блока, мм; Bяч – ширина ячейки, мм;

Y1,Y2 – припуски размеров для обеспечения свободной установки ячейки в блок, Y1 = Y2 = 1 мм

B = 105 + 1 + 1 = 107 мм

Высота корпуса блока определяется по формуле:

H = Hяч +Z1+Z2 ,

где H - высота корпуса блока, мм;

Hяч – высота ячейки, мм;

Z1, Z2 – припуски размеров для обеспечения свободной входимости ячейки в блок, Z1 = 2 мм, Z2 = 1,5 мм

H = 41,5 + 2 + 1,5 = 44.5 мм

Толщина стенок корпуса блока равна 2 мм. Тогда размеры корпуса блока будут равны:

длина L = 110 мм;

ширина B = 111 мм;

высота H = 44,5 мм.

2)Масса конструкции блока определяется по формуле:

m = mяч + mк + mдоп ,

где m - масса конструкции блока, кг;

mяч – масса ячейки, кг;

mк – масса корпуса блока, кг;

mдоп – масса дополнительных элементов, кг.

Масса корпуса равна 10010-3 кг

m =40,010-3+10010-3+5010-3 = 19010-3 кг

Масса блока равна 0,190 кг.

Определены габариты блока LBH = 11011144,5 мм, и масса m=0,19 кг

1.3 Выбор и обоснование принципиального конструкторского решения

Анализ электрической схемы

Блок-схема электронного блока цифрового измерителя представлена на рис“Блок-схема цифрового измерителя” и содержит:

- схему формирования импульсов с регулируемой скважностью на кварцевом фильтре Zq и конденсаторах С1, С2 ,С3

-схему совпадения на микросхеме DD5

-счетчик поступающих и впоследствии измеряемых импульсов на микросхеме DD7

-дешифратор ,преобразующий код измерения на микросхеме DD4

-устройство управления измеряемыми импульсами на элементах микросхемах DD1, DD3.

-делитель частоты на микросхеме DD6

-индикатор (семисегментный) на элементе HL 1 и соединенных с ним резисторах R1-R34 и транзисторах VT 1-VT16 (Блок схема представлена на чертеже лист1 Схема электрическая структурная устройства)

рис.1 Блок –схема измерителя

Схема работает следующим образом. Генератор образцовых импульсов ЭСЧ собран на логических элементах DD2. Импульсы с частотой 1 МГц с его выхода подаются на декадный делитель частоты, собранный на DD6. С делителя частоты через переключатель сигналы подаются с необходимым периодом, соответствующим выбранному пределу измерения, на вход устройства управления. Оно собрано на логических элементах DD1бВВ3 . Счетные импульсы подаются на вход формирующего устройства, собранного на логических элементах фильтре Zq и конденсаторах С1, С2 ,С3. С его выхода сформированная импульсная последовательность подается на вход схемы совпадения, собранной на DD5. Каскад VT 4 определяет время подсчета измеряемой частоты и время индикации, которое можно изменять подбором R10.

С выхода элемента DD4 поступают импульсы гашения индикатора в момент пересчета измеряемой частоты. Таким образом, на индикаторе появляется мигающее изображение измеряемой частоты. Причем частота мигания зависит от выбранного предела измерения. Перед каждым измерительным циклом на счетчик поступает обнуляющий импульс с вывода DD6 триггера. Счетные импульсы подаются на вход счетчика с вывода 12 элемента DD5.

Счетчик реализован на микросхемах DD2. Подсчитанное число в двоичном коде с выхода каждого счетчика подается на вход соответствующего дешифратора DD4, который преобразует двоичный код в код для управления семисегментными индикаторами HG 1 .

Дешифратор собран на микросхеме DD4. В зависимости от выбранного предела измерения в соответствующем разряде загорается точка, разделяющая соответствующие десятичные разряды измеряемой частоты.

Питание +5v на все микросхемы подводится к выводу с максимальным номером. С общим проводом соединяется вывод с вдвое меньшим номером. Между цепями питания необходимо включить 2...3 блокировочных конденсатора 0,01...0,1Мк. Светодиод HL1 используется в качестве стабилитрона с напряжением стабилизации около 1v. Это напряжение обеспечивает надежное запирание ключевых транзисторов. Цепь C4, R1 необходима для сброса при включении сети.

В настоящее время не составляет труда приобрести микроконтроллер с встроенной памятью программ 87C51 или AT89C51. В этом случае схема существенно упрощается, в нее нужно внести следующие изменения: DD5.4 исключается, вывод 11 DD3 подключается к +5v. Между Р0.0 - Р0.7 и +5v желательно включить подтягивающие резисторы 10к, хотя, как показала практика, прибор нормально работает и без них. DD2, DD4 исключаются, DD3 тоже можно исключить, если нагрузочная способность порта достаточна для управления ключами индикатора (вакуумный индикатор). Вывод 31 DD1 отключается от "земли" и подключается к +5v.

Программа для работы с внешним и внутренним ПЗУ имеет некоторые отличия.

Линии dF и F (выводы 12 и 13 DD1) подсоединяются к двум кнопкам на замыкание без фиксации, установленным на лицевой панели. Вторые контакты этих кнопок подсоединяются к общему проводу. При кратковременном нажатии на кнопку dF измеритель переходит в режим измерения нестабильности частоты. При этом на индикатор выводится разность между текущим значением частоты и тем, которое было в момент перехода в этот режим. В старшем разряде индицируется знак отклонения частоты, поэтому диапазон измерения отклонения равен 10 МГц.

При нажатии на кнопку F прибор возвращается в режим измерения частоты. Этот режим устанавливается и при включении питания.

Линия 1/10 (вывод 14 DD1) подсоединяется к свободному контакту входного разъема. Она предназначена для удобства работы при использовании внешнего СВЧ делителя на 10. На ответной части разъема распаивается перемычка между этим контактом и контактом, соединенным с общим проводом. Таким образом, при подключении внешнего делителя на 10, расширяющего диапазон измеряемых частот, эта линия соединяется с общим проводом. При этом соответствующим образом изменяется расположение десятичных точек на индикаторе. При работе без СВЧ делителя, т.е. при измерении частот до 100 МГц, этот контакт должен оставаться свободным. С внешним СВЧ делителем цена младшего разряда - 10 Герц, а верхнее значение измеряемой частоты определяется быстродействием делителя, но не может превышать 1000 МГц. Схема делителя, показанная на рисунке, имеет диапазон рабочих частот 30...400 МГц. В настоящее время цифровые измерители частоты и интервалов времени составляют наиболее многочисленную группу среди ЦИП. Они удобны в эксплуатации и отличаются высокой точностью. Современные цифровые частотомеры выполняются на полупроводниковых приборах и ИМС, что повысило их надежность по сравнению с первыми ламповыми образцами, уменьшило габариты и потребляемую мощность.

Обычно ЭСЧ выполняются как универсальные приборы и позволяют помимо частоты измерять период, временной интервал, длительность импульса, подсчет количества импульсов. В данном приборе для измерения частоты используется метод непосредственного подсчета числа импульсов за определенную единицу времени. Этот метод полразумевает наличие генератора сигнала эталонной частоты, как правило используется кварцевый генератор. Импульсы с кварцевого генератора подаются на декадный делитель частоты. С выхода делителя частоты сигналы подаются в устройство управления. Функцией устройства управления является выработка измерительного стробирующего импульса, который подается на схему совпадения в зависимости от выбранного времени измерения. Также, устройство управления вырабатывает импульсы обнуления счетчика и сигналы гашения индикатора в момент пересчета.

(1,стр38-40;2, стр.25) (принципиальная схема на листе 2 Схема электрическая принципиальная печатного узла)

1. КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ.

Разработка технического задания

1.1.1. Наименование изделия: цифровой измеритель.

1.1.2. Назначение: счетчик цифровых импульсов

1.1.3. Выполняемая функция: генерация и счет количества импульсов в единицу времени.

1.1.4. Класс объекта установки: наземная РЭА.

1.1.5. Группа объекта установки: переносная.

1.1.6. Основные параметры функционирования:

напряжение питания, В 5;

потребляемый ток, А 0,25 3)верхний предел рабочей температуры блока, °С 85…..100.

1.1.7. Комплектность изделия: один блок.

1.1.8. Климатическое исполнение: У-ХЛ.

1.1.9. Значения климатических факторов внешней среды для данной категории исполнения (по ГОСТ 15150-69):

максимальная температура окружающей среды, ˚С: +55;

минимальная температура окружающей среды, ˚С: -40;

изменение температуры воздуха за 8 ч. 10оС;

относительная влажность воздуха при температуре (40±2)˚С, %: 80±3;

минимальное атмосферное давление, кПа (на высоте 4000 м над уровнем моря): 61;

1.1.10. При транспортировке и во время не рабочих периодов блок должен сохранять работоспособность после воздействия температуры -40°С.

1.1.11. Значения механических воздействий, действующих на аппаратуру, установленную на автомобиле (по ГОСТ 16019-78):

вибрационные нагрузки при эксплуатации: диапазон частот, Гц 10…..70; максимальное ускорение, g 0,8…..3,8; продолжительность испытаний 8 часов;

ударные нагрузки при эксплуатации: максимальное ускорение, g 15; длительность удара, мс 5…..10; число ударов в минуту 40…..80; продолжительность испытаний 100 ударов;

линейные нагрузки при эксплуатации: максимальное ускорение, g 25.

1.1.13. Блок должен быть защищен от проникновения посторонних тел, пыли, грязи, брызг воды, и при этом надежно и безотказно работать в течение требуемого срока службы. Защита от коррозии должна осуществляться лакокрасочными, гальваническими, химическими покрытиями или их сочетаниями..

1.1.15. Показатели качества: низкая стоимость деталей, большой диапазон измеряемой частоты, малая потребляемая мощность, минимальное количество деталей.

1.1.16. Надежность блока характеризуется средней наработкой на отказ и интенсивностью отказов.

1.1.17. Требования к конструкции:

минимальные массогабаритные характеристики;

внешний источник питания

1.1.20. Надежность устройства: вероятность безотказной работы на время 1000 часов не менее 0,95.1.1.21. Технико-экономические характеристики: группа по стоимости II.(7, стр.36-50)

1.2 Анализ аналогов и прототипа

В настоящее время цифровые измерители частоты и интервалов времени составляют наиболее многочисленную группу среди ЦИП. Они удобны в эксплуатации и отличаются высокой точностью. Современные цифровые измерители выполняются на полупроводниковых приборах и ИМС, что повысило их надежность по сравнению с первыми ламповыми образцами, уменьшило габариты и потребляемую мощность.

Обычно ЭСЧ выполняются как универсальные приборы и позволяют помимо частоты измерять период, временной интервал, длительность импульса, подсчет количества импульсов. В данном приборе для измерения частоты используется метод непосредственного подсчета числа импульсов за определенную единицу времени. Этот метод подразумевает наличие генератора сигнала эталонной частоты, как правило, используется кварцевый генератор. Импульсы с кварцевого генератора подаются на декадный делитель частоты. С выхода делителя частоты сигналы подаются в устройство управления. Функцией устройства управления является выработка измерительного стробирующего импульса, который подается на схему совпадения в зависимости от выбранного времени измерения. Также, устройство управления вырабатывает импульсы обнуления счетчика и сигналы гашения индикатора в момент пересчета.(2,стр.16-18)

На вход прибора подаются сигналы определенной частоты, как синусоидальной формы, так и импульсной формы. Для использования их в устройстве необходимо преобразование формы сигнала в последовательность коротких импульсов. Эту функцию выполняет формирующее устройство. Таким образом, на выходе формирующего устройства получается последовательность прямоугольных импульсов с частотой, равной частоте выходного сигнала. С выхода формирующего устройства импульсная последовательность через переключатель подается на схему совпадения. Функцией схемы совпадения является пропуск последовательности прямоугольных импульсов за время действия стробирующего импульса, который поступает на второй вход схемы совпадения с выхода устройства управления.

Таким образом, на выходе схемы совпадения появляется количество импульсов, соответствующее измеряемой частоте, и подается на вход счетчика.

В данной конструкции используется четырехразрядный декадный счетчик. Выход каждого разряда счетчика подключается к дешифратору, который управляет работой семисегментного индикатора. Таким образом, на индикаторах отображается непосредственное значение измеряемой частоты.

Технические характеристики цифровых измерителей

Характеристика	Тип измерителя
Характеристика	Прототип	Аналог1	Аналог2	Опытный образец
Диапазон измеряемых частот	1...50·10іГц	1Гц-40МГц	100 кГц-100МГц	1Гц-200мГц
Напряжение питания ,В	8	5	12	5
Потребляемый ток, мА, не более	100	120	80	80
Вероятность безотказной работы	0,95	0,97	0,97
Дискретность отсчета ,Гц	10	0,1мГц	1	1
Масса устройства, кг,	0,60	0,50	0,72	0,40
Время измерения ,сек.	1	1	1	1
Чувствительность, mV	200-400	100-200	100-200	100-200
Микроконтроллер	-	АТ90S1200	PIC16F84	КР1816ВЕ31
Кол-во разрядов индикатора	8	8	8	8

2.2 Разработка схемы сборочного состава.

Для упрощения проектирования технологического процесса сборки и монтажа цифрового измерителя была составлена схема сборочного состава и технологическая схема сборки. Эти схемы дали возможность определить взаимосвязь между деталями и сборочными единицами в устройстве. Построение этих схем представляет собой разработку проекта технологического процесса. Схема сборочного состава была построена независимо от объема выпуска приборов, а сборочные единицы схемы были образованы независимо от условий сборки, контроля, хранения, регулировки и транспортировки.

Схема сборочного состава была построена по ступенчатой структуре:

1- ступень сборочного состава не является сборочной, т.к. на ней

расположены детали входящие в состав блока;

2-ступень - 1- уровень сборки, минимальное количество деталей,

необходимых для создания сборочной единицы.

При присоединении к сборочной единице данной ступени сборки одной

детали, образуется сборочная единица высшей ступени. Каждая последующая ступень не может быть образована без наличия предыдущей ступени.

Любая конструкция РЭА характеризуется:

- показателем степени сложности сборочного состава, который равен

количеству ступеней сборки;

- средней полнотой сборочного состава:

P===1,1 (2.9)

где:

Q - общее количество сборочных единиц по схеме сборочного состава.

n- степенью расчленяемости сборочного процесса, которая

характеризуется длительностью сборочной операции и модулем

расчлененности:

M = = =2,4 (2.10)

где:

К - окончательно запроектированное число сборочных операций .

Схема сборочного состава обычно используется в качестве диспетчерского документа, по которому следят за процессом производства, но она не дает представление о последовательности и способе сборки.

Для этих целей, на основании схемы сборочного состава, была построена технологическая схема сборки блока питания, которая приведенная на графическом листе.

Так как технологическая схема сборки наиболее полно отражает структуру и порядок комплектования изделия, упрощает процедуру процесса сборки, то используется для разработки технологического процесса.(7, стр 36-46)

Печатная плата представляет собой плоское изоляционное основание, на одной или обеих сторонах которого расположены токопроводящие полоски металла (проводники) в соответствии с электрической схемой.

Печатные платы служат для монтажа на них электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с помощью полуавтоматических и автоматических установок с последующей одновременной пайкой всех ЭРЭ погружением в расплавленный припой или на волне жидкого припоя ПОС-61. Отверстия на плате, в которые вставляются выводы электрорадиоэлементов при монтаже, называют монтажными. Металлизированные отверстия, служащие для соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы, называют переходными.

Применение печатных плат позволяет облегчить настройку аппаратуры и исключить возможность ошибок при ее монтаже, так как расположение проводников и монтажных отверстий одинаково на всех платах данной схемы. Использование печатных плат, обусловливает также возможность уменьшения габаритных размеров аппаратуры, улучшения условий отвода тепла, снижения металлоемкости аппаратуры и обеспечивает другие конструктивно-технологические преимущества по сравнению с объемным монтажом.

К печатным платам предъявляется ряд требований по точности расположения проводящего рисунка, по величине сопротивления изоляции диэлектрика, механической прочности и др.. Одним из основных требований является обеспечение способности к пайке, достигаемое соответствующим выбором гальванического покрытия и технологией металлизации, поэтому в производстве печатных плат особое внимание уделяется химико-гальваническим процессам.

Изготовление печатных плат осуществляется химическим, электрохимическим или комбинированным способом (на самом деле, химические методы встречаются во всех вышеперечисленных методах изготовления печатных плат).

В последнее время получили распространение новые способы изготовления - аддитивные. Ниже дана краткая характеристика каждого из способов.

Исходным материалом при химическом способе служит фольгированный диэлектрик, т. е. изоляционный материал, обычно гетинакс или стеклотекстолит, на поверхность которого с одной или двух сторон наклеена медная фольга толщиной 35-50 мкм .

На поверхность медной фольги вначале наносится защитный рисунок (рельеф) таким образом, чтобы он защитил проводники при вытравливании меди. Защитный рисунок схемы выполняется стойкими к воздействию травильных растворов материалами. Затем следует операция травления, в результате которой полностью вытравливается медь и создается проводящий рисунок.

В зарубежной практике данный способ называют субтрактивным. Отверстия для установки выводов электрорадиоэлементов (резисторы, конденсаторы и т. д.) сверлятся или штампуются после вытравливания меди и не металлизируются. Пайка выводов электрорадиоэлементов производится непосредственно к контактным площадкам печатных проводников,. Химический метод применяется главным образом в производстве плат широковещательной радиоаппаратуры.(3.стр.25-30)

Электрохимический способ в зарубежной литературе и частично в отечественной практике называют полуаддитивным от латинского слова «additio» (сложение), так как проводящий рисунок создается в результате электрохимического осаждения металла, а не вытравливания. Приставка «полу» означает, что в технологии изготовления сохранена операция травления тонкого слоя металла, который образуется по всей поверхности платы при химической металлизации.

Исходными материалами в этом случае служат нефольгированные диэлектрики . Защитный рисунок в отличие от предыдущего метода наносят таким образом, чтобы открытыми оставались те участки поверхности, которые подлежат металлизации с целью образования проводниковых элементов схемы.

Электрохимический способ предусматривает получение металлизированных отверстий одновременно с проводниками и контактными площадками.

Комбинированный способ представляет собой сочетание первых двух способов. Исходным материалом служит фольгированный с двух сторон диэлектрик , поэтому проводящий рисунок получают вытравливанием меди, а металлизация отверстий осуществляется посредством химического меднения с последующим электрохимическим наращиванием слоя меди. Пайка выводов электрорадиоэлементов производится посредством заполнения припоем монтажных отверстий в плате. На рис. 2.2 показана структура платы, изготовленной комбинированным методом.

Комбинированный метод в настоящее время является основным в производстве двусторонних и многослойных печатных плат для аппаратуры самого разнообразного назначения.(12. стр.310-336) (лист6 Схема техпроцесса сборки)

2.3. Разработка техпроцесса сборки и монтажа

Сборка печатных плат с электрорадиоэлементами (ЭРЭ) и интегральными микросхемами представляет первый необходимый этап монтажа узла. Она характеризуется тем, что ЭРЭ и интегральные микросхемы геометрически располагаются на печатной плате в соответствии с ее конструкцией и монтажной схемой. Между сборкой печатных плат с ЭРЭ или интегральными микросхемами нет существенного различия, поэтому в дальнейшем для упрощения говорится о сборке узлов с компонентами в качестве обобщающего понятия для ЭРЭ и интегральных микросхем.

Различают два вида сборки в зависимости от конструкции выводов компонентов и контактных площадок на печатной плате. Если выводы вставляются в отверстия печатных плат, то говорят о процессе установки компонентов со штыревыми выводами, если они накладываются на плоские контактные площадки печатной платы, то это определяется как процесс установки компонентов с планарными выводами.

Вследствие большого числа компонентов печатных плат с различными электрическими характеристиками и конструкцией к технологическому процессу предъявляется ряд требований, наиважнейшим из которых является согласование процесса сборки с конструкцией собираемых узлов. Однако при этом указывается ряд рабочих операций, которые принципиально должны производиться при любом процессе сборки независимо от того идет ли речь о ручной или механизированной сборке или о сборке специального узла.

Так как сборка представляет первый этап монтажа, то дефекты сборки в случае, если они остаются невыявленными, отражаются неблагоприятно на дальнейших этапах монтажа и являются причиной дополнительных расходов. На этом основании операция сборки должна выполняться с достаточной тщательностью в общем технологическом процессе монтажа узлов. Хорошо продуманный процесс сборки, который включает проверку узлов перед контактированием, позволяет избежать нежелательных переделок.

При технической реализации процесса сборки различают ручную и механизированную сборку, причем в качестве критерия при классификации существующих вариантов считается исполнение выводов компонентов для установки в отверстия или совмещения с плоскими контактными площадками. Этот процесс установки представляет собой центральный технологический этап сборки. При выборе метода сборки руководствуются многими факторами.(12, стр. 190-220)

Оптимальная технология сборки требует согласования многих факторов изготовления узла. Оптимальная технология сборки не может не оказывать влияния на содержание других составных частей технологии узла, поэтому необходимо рассматривать сборку как часть общей системы изготовления узла. Это становится совершенно очевидным на примере рассмотрения допусков при машинной сборке.

Независимо от выбранного метода сборки можно сформулировать основной принцип сборки печатных плат следующим образом.

При сборке печатных плат с компонентами печатные платы и компоненты должны так перемещаться относительно друг друга, чтобы в результате этого перемещения все выводы компонентов заняли свои места, обусловленные электрической схемой узла и необходимым контактированием с печатной платой.

Из анализа этого основного принципа определяются важнейшие рабочие операции, которые должны производиться. при сборке печатных плат.

Значительную долю монтажа устройства с интегральными микросхемами составляет внутренний монтаж микросхем, что по отношению к сравниваемым схемным узлам с дискретными ЭРЭ уменьшает расходы на монтаж узлов и, тем самым, на общую сборку. Особенно отчетливо это видно при применении больших интегральных микросхем. С другой стороны, повышается сложность и насыщенность электронных устройств, поэтому в совокупности технология сборки, как и ранее, будет играть значительную роль

При ручной сборке установка компонентов в отверстия или установка на контактные площадки производиться вручную. Так как этот технически не просто реализуемый этап выполняется вручную и человек выполняет важнейшие функции переноса, передвижения, управления и контроля процесса сборки, то капитальные вложения при ручной сборке являются относительно низкими.

Типы и размеры печатных плат, а также ассортимент ЭРЭ при ручной сборке не имеет ограничений, равно как и пространственное расположение компонентов на печатной плате. Однако расположение компонентов (удобство визуального контроля, расстояния, направление полярных компонентов), правильно выбранное конструктором в расчете на ручную сборку, позволяет увеличить скорость сборки.

При ручной сборке осуществляется постоянный визуальный контроль процесса сборки. Это позволяет, с одной стороны, использовать относительно большую область допусков на размеры выводов монтажных отверстий или контактных площадок, с другой стороны, делает возможным обнаружение дефектов печатных плат или компонентов в процессе сборки. Решающий недостаток ручной сборки по сравнению с механизированной заключается в большем времени сборки на один компонент и необходимости большего числа рабочих.(8, стр.30-50)

Трудность сборки и вместе с тем требуемое рабочее время возрастают пропорционально числу и расположению выводов компонентов. Полярные компоненты требуют гораздо большего времени на сборку, чем неполярные.

При ручной сборке без применения вспомогательных приспособлений значительную роль играет время обучения рабочего. Как известно, каждому рабочему необходимо определенное время для достижения максимальной скорости работы. Это время при ручной сборке тем меньше, чем меньшее количество компонентов устанавливается рабочим на печатную плату. Поэтому при определении общего числа компонентов, устанавливаемых рабочими, находят компромисс между временем обучения и величиной партии. Исходя из эффекта обучения, можно заключить, что ручная сборка в основном пригодна для партий средней и большой величины (при этом нельзя смешивать величину партии с годовой программой выпуска).

Скорость работы может быть повышена при ручной сборке благодаря автоматической подаче интегральных микросхем и маркировке места установки. Технически это реализуется с помощью так называемого сборочного стола, который описан ниже. Время обучения для новой партии плат при этом чрезвычайно уменьшается. Благодаря предоставленной информации о месте установки, ориентации, об устанавливаемых компонентах процент сборочных ошибок уменьшается. Уменьшение времени обучения, кроме того, позволяет одному рабочему производить сборку всей платы. При этом отпадает необходимость транспортировки плат, а следовательно, упрощается вся организация производства.

Чтобы достигнуть максимальной скорости работы при ручной сборке, необходимо соответствующим образом подготовить компоненты. Благодаря подготовке компонентов, например, при сборке ЭРЭ с аксиальными выводами получается экономия сборочного времени на 50% по отношению к неподготовленным ЭРЭ. Значение подготовки компонентов повышается тем, что эта операция реализуется относительно просто, выполняется высокопроизводительными устройствами и благодаря этому является относительно дешевой.

Подготовка компонентов состоит в придании выводам формы, необходимой для сборки и контактирования. Чаще всего это процесс резки и гибки, после чего выводы приобретают форму, необходимую для фиксации на печатной' плате. Трудность сборки и вместе с тем требуемое рабочее время возрастают пропорционально числу и расположению выводов компонентов.

Чтобы совсем упростить подготовку компонентов, их выводам придают нужную форму для сборки уже при изготовлении. К таким компонентам относятся интегральные микросхемы с двухрядным расположением выводов, интегральные микросхемы в плоских корпусах, интегральные микросхемы типа КМЕ-З, многовыводные диоды и компоненты в призматическом корпусе. Однако ЭРЭ с аксиальными выводами, транзисторы, интегральные микросхемы в круглых корпусах и большое число конденсаторов должны подготавливаться посредством резки и гибки.

Для резки и гибки выводов компонентов применяются устройства, которые формуют как упакованные в ленту, так и не упакованные в ленту компоненты. Такие устройства позволяют реализовать множество размеров резки и гибки и являются наиболее производительными. Автоматы резки и гибки для упакованных в ленту компонентов могут перерабатывать от 100 до 500 компонентов в минуту, в то время как устройство для неупакованных в ленту компонентов может достигать скорости 25 компонентов в минуту.

Размеры гибки ЭРЭ нормализованы в производстве в зависимости от длины корпуса с определенным интервалом, чтобы не увеличивать непроизводительно число гибочных размеров.

Если компонент располагается в форме, удобной для сборки, то задача рабочего состоит в том, чтобы достать нужный компонент, установить его в указанном направлении на определенное место на печатной плате и затем зафиксировать. Чтобы этот процесс мог выполняться

за более короткое время, необходимо, с одной стороны, удобное расположение печатной платы и компонента на рабочем месте и, с другой стороны, подготовка информации о компоненте, предназначенном для сборки, и о месте, выделенном для сборки.

Для подготовки информации при ручной сборке существуют различные методы. Наиболее часто применяемым методом является печатание со стороны сборки (с обратной стороны) печатной платы. При этом на стороне сборки печатной платы посредством шелкографии печатается обозначение, номер и затем направление собираемого компонента. Кассеты для компонентов имеют такое же обозначение, так что ошибка в дальнейшем исключается. Если маркировку для сборки нанести трудно или невозможно, как, например, при наличии печатных проводников, то применяют обозначения, которые частично или полностью наносятся на сборочный чертеж платы.

Проектор располагают сверху или снизу на печатной плате. В первом случае проектируемый рисунок при сборке может быть закрыт. При проекции снизу условные обозначения на сборочной стороне печатной платы получаются нечеткими, так как происходит затемнение печатными проводниками и рассеяние света материалом диэлектрика.

Носителем информации о сборке является диапозитив. При проектировании этого диапозитива требуется высокая точность, чтобы при расположении отверстий с шагом 2,5 мм не маркировать расположенные рядом позиции. При изготовлении диапозитива пленку перфорируют в соответствующих местах. Эти отверстия в пленке служат в качестве маркировки в раме диапозитива. Диапозитивы допускают точное позиционирование, легкое программирование в любой последовательности мест сборок.

Другие возможности маркировки позиций сборки состоят в применении координатных ламп. При этом каждая определенная координата в шаге 2,5 мм определяется парой, ламп, которая включается в соответствии с программой управления. Для лучшего нахождения точки пересечения соединительных линий ламп, которая определяет место сборки, сверху проецируется координатная сетка на печатную плату. Направление установки компонента может указываться при этом способе нечетко. Преимущество этого вида маркировки состоит в легком программировании позиционных ламп с помощью носителя данных. Это предполагает высокие издержки на электронное управление и влияет соответственно на стоимость сборочного стола, разработанного . на этой основе. Другим недостатком является трудность нахождения точки пересечения соединительных линий позиционирующих ламп, так как при большой плотности компонентов необходимо повышенное внимание рабочего-сборщика.

Известны также устройства, в которых сборочные позиции указываются с помощью перемещающегося светового указателя (проектора). Рабочий перемещает ручку пантографа в последовательности, записанной рядами. В такой же последовательности должны маркироваться места компонентов и кассеты с компонентами. Чтобы избежать повторной установки элемента на, одно и то же место, должна осуществляться блокировка.

Параллельно с маркировкой места установки компонента во всех описанных методах маркируются кассеты с указанием компонентов для этих позиций. Если все кассеты для обслуживающего персонала одинаково доступны, то маркировка соответствующих кассет с компонентами происходит с помощью ламп. Недостаток этого метода ограниченное количество кассет, так как они все должны быть расположены в пространстве, удобном для работы. Из-за этого недостатка более благоприятным является заготовка каждого компонента на одном месте. Технически это осуществляется путем применения системы транспортировки кассет, которая с помощью тактового управления свободно подает каждую кассету к определенному месту (одну). Это относится · к вращающимся тарельчатым и отдельным кассетам, последние связаны друг с другом транспортным устройством. Недостаток кассет с тактовым управлением заключается в их жесткой запрограммированной последовательности. Смена программы связана со сменой кассет.

Подготавливать компонент на каждом таком месте при одновременном быстром программировании позволяют устройства, в которых благодаря программному управлению отдельные кассеты разгружаются так, что компоненты собираются в сборник, откуда обслуживающий персонал может их взять. Этот вариант применяется при технически обоснованных издержках только для компонентов с призматической формой корпуса. Обслуживающий персонал укладывает печатную плату в приемное устройство, а в считытыватель перфорированную ленту, относящуюся к этой печатной плате. При помощи клавиши вводятся данные блока информации для сборки компонентов. На основе этой информации загораются на краях печатной платы координатные лампы. Для лучшего нахождения точки пересечения координат одновременно на печатную плату проецируется координатная сетка.(12, стр. 50-58)

Подготавливать компонент на каждом таком месте при одновременном быстром программировании позволяют устройства, в которых благодаря программному управлению отдельные кассеты разгружаются так, что компоненты собираются в сборник, откуда обслуживающий персонал может их взять. Этот вариант применяется при технически обоснованных издержках только для компонентов с призматической формой корпуса. После полной сборки печатная плата передается на транспортер. Благодаря универсальному накопителю компонентов возможна сборка большого количества типов печатных плат без переналадки и перезаполнения кассет. Кассеты могут наполняться дополнительно по мерь расходования компонентов. Во время этого дополнительного наполнения работа не должна прерываться

Сборочные столы позволяют механизировать другие этапы сборки. Для фиксации компонентов после монтажа применяется устройство, которое позволяет перевернуть смонтированную плату без выпадания компонентов и произвести фиксацию компонентов на стороне пайки. Для этого на установочной стороне платы имеется рама, которая прикрепляется к приемному устройству печатной платы и опускается на печатную плату. В этой раме находится надувной воздушный амортизатор (или прокладка из губчатой резины), который прижимает компоненты к печатной плате и таким образом препятствует их выпаданию.

Положение компонентов, полученное при сборке, не должно изменяться до момента контактирования. Поэтому компоненты должны быть зафиксированы на печатной плате. Фиксация компонентов на печатных платах может осуществляться различными методами. Оптимальная фиксация должна удовлетворять следующим требованиям:

- не допускать применения дополнительных элементов на печатной плате и компонентах;

- быть легко выполнимой;

- выдерживать по меньшей мере собственный вес компонент

- фиксация должна производиться при определенных условиях об- ратным ходом.

Для каждого типа компонентов существуют различные методы фиксации. Представим некоторые возможные методы фиксации компонентов со штыревыми выводами. Аксиальные выводы компонентов закрепляются расплющиванием или гибкой с помощью вспомогательных инструментов, имеющихся в распоряжении. У компонентов с большим количеством выводов, по меньшей мере два вывода, проходящих через плату, загибают или расплющивают. Это должно выполняться качественно, не вызывая коротких замыканий с близлежащими проводниками и контактными площадками. При загибке эта опасность больше, чем при расплющивании. При конической форме вывода фиксация в монтажных отверстиях для легких компонентов (например, многовыводных диодов) происходит благодаря приложению силы. Интегральные микросхемы в пластмассовом корпусе со штыревыми выводами не требуют специальных мер для фиксации, если выводы изгибаются не точно под прямым углом, а, как в большинстве случаев, отклоняются от прямого угла на несколько градусов. Трение выводов о внутренние стенки достаточно для надежной фиксации. Компоненты со штыревыми выводами можно фиксировать также прижимом подушкой из губчатой резины, которая остается на печатной плате до конца процесса контактирования. При этом способе фиксации возникают трудности из-за различной высоты компонентов и загрязнения подушки при обработке печатной платы флюсами.

Фиксация компонентов, выводы которых совмещаются с контактными площадками, особенно в плоском корпусе, затруднена из-за невозможности закрепления выводов в отверстии. Поэтому для интегральных микросхем в плоских корпусах применяется фиксация приклеиванием, причем благодаря выбору подходящего клея имеется возможность корректирования положения интегральной микросхемы. Для компонентов, выводы которых совмещаются с контактными площадками, наиболее благоприятным является контактирование, которое следует непосредственно после сборки. Этот метод особенно пригоден для механизированной сборки.

Целью внедрения сборочных машин является рационализация изготовления для снижения стоимости и уменьшения времени обработки. Снижение стоимости по отношению к ручной сборке не всегда достигается и зависит от следующих факторов: геометрии печатной платы; допусков печатной платы и компонента; геометрии и многообразия компонентов; величины партии и годовой программы; расположения компонентов на печатной плате. Раньше механизированным способом устанавливались только электронные компоненты с двумя выводами. В настоящее время наблюдается тенденция к установке механизированным способом компонентов с большим числом выводов (сопротивления, конденсаторы, транзисторы, интегральные микросхемы). Геометрическое исполнение компонента, 'в основной массе, приспосабливается к требованиям сборочных машин, причем для удобства складирования предпочтение отдается компонентам с призматической формой корпуса. Из-за незначительных .затрат на подготовку предпочтение отдают компонентам с такими выводами, которые уже имеют благоприятную форму для сборки. (12, стр.90-100)

Сборочная машина с программным управлением может выполнять известные операции сборочного процесса например, выбор компонента и подачу элемента, позиционирование и фиксацию печатной платы, , так что человеку остается лишь несколько операций процесса. , Сборочные машины разделяют на машины с параллельной и последовательной сборкой. При параллельной сборке машина устанавливает одновременно много компонентов на печатную плату. Техническая реализация этого процесса не очень проста, в качестве достоинства указывается очень высокая скорость работы. Последовательно работающая машина устанавливает компоненты на печатную плату во времени друг за другом. Сдвиг во времени может осуществляться новым Позиционированием печатной платы относительно сборочного механизма (сборочной головки). (лист3 Сборочный чертеж устройства)

Отзыв

руководителя на дипломный проект студента 6 курса МГАПИ Д.М. Зуева на тему: «Разработка конструкции цифрового измерителя».

Дипломный проект Д. М. Зуева посвящен актуальной теме, связанной с разработкой измерительного прибора .

При работе над проектом студент Д. М. Зуев показал отличные теоретические знания по дисциплинам специальности, умение решать конструктивно-технологические задачи при проектировании электронных средств, навыки чертежно-графических работ. Знает техническую и нормативную литературу по теме проекта, уверенно работает на компьютере.

Работа над проектом проходила в соответствии с учебным графиком, без срывов. Все главные решения проекта дипломник принимал самостоятельно.

Учитывая изложенное, а так же личные качества студента, считаю, что Д. М. Зуев готов к самостоятельной работе в качестве инженера по специальности 2008 «Проектирование и технология электронных средств» и заслуживает присвоения ему соответствующей квалификации.

Руководитель проекта А. С. Кудрявцев

РЕЦЕНЗИЯ

на дипломный проект студента 6 курса приборостроительного факультета МГАПИ Зуева Дмитрия Михайловича на тему:

“Разработка конструкции цифрового измерителя”

Дипломный проект Зуева Д.М. посвящен актуальной теме разработки конструкции цифрового измерителя.

Существуют различные виды цифровых измерителей и других подобных приборов, которые хорошо известны и подробно описаны. Но не каждое устройство может быть доступно для рядового обывателя. Разработанное в проекте устройство цифрового измерителя отличается простотой использования и низкой стоимостью и предназначен для генерации и счета количества импульсов в единицу времени.

Дипломный проект представлен на рецензию пояснительной запиской на 103 страницах и распечаткой 11 чертежей.

В структуре пояснительной записки

конструкторский раздел

технологический раздел

раздел безопасности жизнедеятельности

экономический раздел

Графический материал состоит из:

структурной схемы цифрового измерителя

схемы электрической принципиальной

чертежа приспособления

сборочного чертежа печатного узла

сборочный чертеж корпуса

платы (топологический чертеж)

схемы технологического процесса сборки

плаката по организационно-экономической части проекта.

Результаты дипломного проекта соответствуют требованиям технического задания и отвечают на поставленные им вопросы. Решение задач проекта освещено в достаточной степени. Правильно решен вопрос о выборе исходных данных по каждому разделу проекта в отдельности, решены все поставленные задачи.

В конструкторском разделе выбрано принципиальное конструкторское решение цифрового измерителя, спроектированы необходимые параметры печатной платы, проанализирована защищенность от механических воздействий и теплового режима, сделаны выводы.

В технологическом разделе решаются задачи по техническому процессу сборки.

В экономическом разделе решается вопрос о стоимости разрабатываемого устройства, чтобы оно было доступно каждому, и в то же время , чтобы была возможна прибыль от производства и продажи цифрового измерителя.

В ходе рассмотрения раздела безопасности жизнедеятельности были проанализированы опасные вредные факторы и возможные чрезвычайные ситуации, возникающие при установке, наладке и эксплуатации цифрового измерителя. Рассмотрены и разработаны меры безопасности при работе с цифровым измерителем. Проведена экологическая оценка проектируемого объекта и разработаны мероприятия по защите окружающей среды.

Вся необходимая литература для проектирования подобрана правильно.

Качество графической части дипломного проекта соответствует требованиям ЕСКД, она выполнена машинным способом в системе AUТОCAD-2004.

Содержание пояснительной записки изложено грамотно, она оформлена в соответствии с требованиями стандартов.

На основании изложенного считаю, что представленный на рецензию дипломный проект соответствует требованиям технического задания и методических указаний по дипломному проектированию. Он выполнен на высоком техническом уровне и заслуживает отличной оценки, а Зуев Д.М. квалификации инженера по специальности «Проектирование и технология электронных средств».

Рецензент

Содержание

Стр.

Введение 6

1. Конструкторский раздел 7

1.1. Разработка технического задания 7

1.2. Анализ аналогов и прототипа 9

1.3 Выбор и обоснование принципиального конструкторского решения 11

1.4 Компоновка и конструирование устройства 15

1.4.1.Определение массогабаритных размеров печатной платы 15 1.4.2.Выбор корпуса 17

1.5 Конструкторские расчеты 21

1.5.1.Выбор системы охлаждения 21

1.5.2.Расчет теплового режима блока 23

1.5.3.Расчет на механические воздействия 32 1.5.4.Анализ надежности 36

1.5.5 Топологическое размещение41

2.Технологичесий раздел46

2.1. Оценка технологичности конструкции 46

2.2 Разработка схемы сборочного состава 53

2.3. Разработка техпроцесса сборки и монтажа 58

3.Раздел безопасность жизнедеятельности 69

3.1. Анализ опасных вредных факторов и возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих при производстве устройства 69

3.2 Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов 74

3.3 Экологическая оценка мер по защите окружающей среды 82

4.Экономический раздел 85

4.1 Планирование технической подготовки производства методами

сетевого планирования 85

4.2 Расчет сметы затрат 99

4.3 Оценка экономической эффективности производства устройства 100

Заключение 102

Список использованной литературы 103

Список используемой литературы

журнал"Радио" 1994г., №11.

журнал“Радио" 2000г., №10.

Проектирование печатных плат / Ф. М. Левин – М.: 1981 г.

Справочное пособие по расчетам надежности / Г. В. Виноградова – М.: 1997 г.

Методические указания по курсовому проектированию Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры. – М.: 1987.

Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: Справ. пособие / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов, Т.П. Новикова. – М.: Радио и связь, - 1984.

Колуков . В.В. Проектирование печатных плат: Учебное пособие для студентов спец-ти 2008. – М., 1997

Справочное пособие. – 2-е изд. – М.: Полигон, 2000

Охрана труда в радио- и электронной промышленности: Учебник для техникумов/Под ред. С.П. Павлова. – М.: Радио и связь, 1985

Юдин Е.Я., Белов С.В., Баланцев С.К. Охрана труда в машиностроении: Учебник для машиностроительных вузов/Под ред. Е.Я. Юдина, С.В. Белова – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1983

Белов С.В., Барбинов Ф.А., Козьяков А.Ф. Охрана окружающей среды: Учеб. для техн. спец. вузов / Под ред. С.В. Белова. - 2-е изд., испр. и доп. – М.: Высшая школа, 1991

В.А.Шахнов Конструкторско-технологическое проектирование ЭРЭ М.:

МГТУ им.Баумана, 2002

13.Организация, планирование приборостроительного производства и управление предприятием. В.А.Петрова. Л.:»Машиностроение» 1999

14. Стандарт предприятия. Проекты (работы) дипломные и курсовые. Содержание, обём и правила оформления. СТП 2068757-2-89. – М.:МИП, 1989 –

Заключение

Задача дипломного проектирования состояла в разработке эффективного устройства цифрового измерителя.

На первом этапе в рамках дипломного проектирования были проведены маркетинговые исследования состояния рынка подобного рода технических устройств. В результате было установлено, что актуальность темы проекта может быть обоснована важностью задачи, с одной стороны, и возможностью ее решения с использованием современных методов и средств при конструировании цифровых измерителей, с другой.

В процессе дипломного проекта был разработан и сконструирован электронный блок цифрового измерителя.. Цель его применения – генерация и счет количества импульсов в единицу времени при максимальной надежности и минимальном обслуживании.

В процессе работы были сконструированы печатный узел и блок. Были рассчитаны компоновочные характеристики блока, устойчивость к тепловым и механическим воздействиям. Разработан технологический маршрут изготовления печатной платы. Рассчитаны параметры элементов печатной платы и показатели технологичности.

Рассмотрены и проанализированы опасные вредные факторы и возможные чрезвычайные ситуации, возникающие при установке, наладке и эксплуатации

цифрового измерителя. Были разработаны меры безопасности при использовании . В процессе работы была проведена экологическая оценка объекта и разработаны мероприятия по защите окружающей среды.

Разработка спланирована с использованием методов СПУ. Были определены этапы разработки, их трудоемкость, продолжительность, составлен перечень событий и работ. Рассчитаны затраты на разработку и определена эффективность использования ее результатов.

Разработанная конструкция удовлетворяет требованиям технического задания. Конструкция отличается высокой надежностью, простотой обслуживания и ремонта, низкой стоимость деталей, доступностью для потребителя.

4.3 Оценка экономической эффективности производства устройства

Годовая эффективность использования результатов разработки определяется по формуле:

Эгод = Р - З, (15)

где Р - результат, достигнутый за год использования результатов разработки;

З - все затраты за тот же период на разработку и внедрение результатов разработки.

В результате внедрения разработки уменьшим стоимость прибора с 800 до 650 рублей. За счет этого увеличится количество продаваемых приборов с 600 до 1 000 штук. Результат разработки будет равен:

Р = (650 * 1 000) - (800 * 600) = 170 000 руб.

Эгод = 170 000 - 118 928 = 51 072 руб.

Э>0

3.2 Разработка мер защиты от опасных и вредных факторов

Начать разработку мер защиты от опасных и вредных факторов следует начать

с создания комфортных условий труда на рабочих местах, которые обеспечиваются параметрами микроклимата и степенью запыленности воздуха ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ.

Во –первых обеспечить допустимые параметры мкроклимата (такое сочетание параметров микроклимата, которое при длительном воздействии вызывает приходящее и быстро нормализующееся изменение в состоянии работающего.). t = 22 - 27, С,   75, %, V = 0,2-0,5 м/с ( СН 245-71)

Во-вторых обеспечить организованный воздухообмен, который обеспечивает удаление из помещения воздуха, загрязненного избыточным теплом и вредными веществами и тем самым нормализует воздушную среду в помещении, т.е организовать систему вентиляции . В данном случае наиболее приемлемым вариантом

является местная по принципу организации воздухообмена и смешанная (механическая + естественная) по способу подачи воздуха.

Также предотвращению возникновения ряда вредных и опасных факторов способствует организация на рабочем месте системы освещения.

Основная часть информации к человеку подается через зрительный анализатор.

Лучшим вариантом в данном случае будет сочетание естественного и искусственного освещения. Системы естественного освещения

Боковое освещение ;

Верхнее освещение ;

Комбинированное освещение .

Эти величины в соответствии со СНиП 23-05-95 (Строительные нормы и правила. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования -М, Стройиздат, 1995) нормируются.

Для выбора естественного освещения необходимо учитывать следующие факторы:

Характеристика зрительной работы;

Минимальный размер объекта различения с фоном;

Разряд зрительной работы;

Система освещения.

Искусственное освещение — освещение помещений прямым или отраженным светом искусственного источника света

За основу при нормировании принимается минимально допустимая величина освещенности какой-либо точки.

Системы искусственного освещения

общее;

местное (локальное);

комбинированное

Может быть использовано в производственных помещениях общее и комбинированное, а одно местное использовать нельзя.

Имеет место также освещение: - аварийное; - дежурное; - эвакуационное.

СНиП 23-05-95

Факторы, учитываемые при нормировании искусственного освещения:

Характеристика зрительной работы;

Минимальный размер объекта различения с фоном;

Разряд зрительной работы;

Контраст объекта с фоном;

Светлость фона (характеристика фона);

Система освещения;

Не последними мерами по предотвращению и борьбе с вредными и опасными факторами

Такими как переутомление , эмоциональные перегрузки будет борьба с производственным шумом, который определённо возникает при производстве печатных плат.

Нормативным документом является ГОСТ 12.1.003-90 ССБТ.

1 метод. Нормирование по уровню звукового давления.

2 метод. Нормирование по уровню звука.

По 1 методу дополнительный уровень звукового давления на раб. местах (смена 8 ч) устанавливается для октавных полос со средними геометрическими частотами, т.е. нормируется с учетом спектра.

По 2 методу дополнительный уровень звука на раб. местах устанавливается по общему уровню звука, определенного по шкале А шумомера, т.е. на частоте 1000 Гц.

Нормы шума для помещений лабораторий

Уровень зв. давления [дБ]

окт. со среднегеом. част. [Гц]

Уровень

звука, дБА

125

250

500

1000

2000

4000

8000

не более75

Доп. уровень звука в жилой застройке с 700-2300 не более 40 дБА, с 2300-700 — 30 дБА.

Мероприятия по борьбе с шумом

I группа - Строительно-планировочная

II группа - Конструктивная

III группа - Снижение шума в источнике его возникновения

IV группа - Организационные мероприятия

I группа. Строительно-планировочная

Использование определенных строительных материалов связано с этом проектирования. В ИВЦ — акустическая обработка помещения (облицовка пористыми акустическими панелями). Для защиты окружающей среды от шума используются лесные насаждения. Снижается уровень звука от 5-40 дБА.

II группа. Конструктивная

Установка звукоизолирующих преград (экранов). Реализация метода звукоизоляции (отражение энергии звуковой волны). Используются материалы с гладкой поверхностью (стекло, пластик, металл).

Акустическая обработка помещения (звукопоглощение).

Можно снизить уровень звука до 45 дБА.

Использование объемных звукопоглотителей (звукоизолятор + звукопоглотитель). Устанавливается над значительными источниками звука.

Можно снизить уровень звука до 30-50 дБА.

III группа. Снижение шума в источнике его возникновения

Самый эффективный метод, возможен на этапе проектирования. Используются композитные материалы 2-х слойные. Снижение: 20-60 дБА.

IV группа. Организационные мероприятия

Определение режима труда и отдыха персонала.

Планирование раб. времени.

Планирование работы значительных источников шума в разных источниках.

Снижение: 5-10 дБА.

Если уровень шума не снижается в пределах нормы, используются индивидуальные средства защиты (наушники, шлемофоны).

Изготовление печатной платы –процесс в остновном автоматизированный , т.е. большинство операций проводиться на электрооборудовании.Значит помимо прочего следует провести ряд мер относящихся к разделу электробезопасность.

Методы и средства защиты: заземление, зануление, отключение и др.

Выбор средств защиты зависит от:

режима электрической сети;

вида электрической сети;

условий эксплуатации

Средства электробезопасности:

общетехнические;

специальные;

средства индивидуальной защиты

Общетехнические средства защиты

Рабочая изоляция

Для оценки изоляции используют следующие критерии:

- сопротивление фаз электрической проводки без подключенной нагрузки R10,05;

- сопротивление фаз электрической проводки с подключенной нагрузкой R20,08 МОм.

Двойная изоляция

Недоступность токоведущих частей (используются оградительные средства — кожух, корпус, электрический шкаф, использование блочных схем и т.д.)

Блокировки безопасности (механические, электрические)

Малое напряжение

Для локальных светильников (36 В), для особо опасных помещений и вне помещений.

12 В используется во взрывоопасных помещениях.

Меры ориентации (использование маркировок отдельных частей электрического. оборудования, надписи, предупредительные знаки, разноцветная изоляция, световая сигнализация). СН и П 23-05-95

Специальные средства защиты

заземление;

зануление;

защитное отключение

Заземлением называется преднамеренное соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей оборудования. Которые могут оказаться под напряжением.

Заземление используется в 3-х фазных 3-х проводных сетях с изолированной нейтралью. Эта система заземления работает в том случае, если

RН  4 Ом; V < 1000 В; RН  0,5 Ом; V > 1000 В (ПУЭ-85)

Занулением называется преднамеренное соединение корпусов электрических установок с многократно заземленной нейтралью (нулевым защитным проводником) трансформатора или генератора.

Зануление используется в 3-х фазных 4-х проводных сетях с заземленной нейтралью.

Превращение замыкания на корпус в однофазное короткое замыкание за счет срабатывания токовой защиты, которая отключает систему питания и тем самым отключается поврежденное устройство.

Защитное отключение это преднамеренное автоматическое отключение электрических установки от питающей сети в случае опасности поражения электрическим током.

Условия, при которых выполняется заземление или зануление в соответствии с требованиями ПУЭ-85.

В малоопасных помещениях 380 В и выше переменного тока

440 В и выше постоянного тока

В особо опасных помещениях, помещениях с повышенной опасностью и вне помещений 42 В и выше переменного тока

110 В и выше постоянного тока

электротехнические изделия должны быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечивалась электрическая безопасность. Если такие условия создать нельзя, они должны быть перечислены в инструкции.

ГОСТ 12.2.007-75 ССБТ

Мерами безопасности при таких операциях как получение заготовок печатной платы (резанием или штамповкой) и получение базовых и монтажных отверстий (сверлением)

являются защитные кожуха на производственных сверлильных станках и гильотинных ножницах.

Необходимо учитывать , что все вышеперечисленные меры защиты от вредных и опасных факторов будут бесполезны , если не проводить с работающими на предприятии мероприятия по обучению безопасности труда. Обучение работающих осуществляется в соответствии с Система стандартов безопасности труда — ГОСТ 12.0.004-90 ССБТ посредством инструктажей:

Виды инструктажа

Вводный — ознакомление с общими вопросами безопасности труда, проводит инженер безопасности труда.

Первичный — ознакомление с конкретными видами безопасности труда на данном предприятии на данном рабочем месте, проводит руководитель работ.

Повторный — повторить информацию первичного инструктажа, периодичностью 1 раз в полгода, проводит руководитель работ.

Внеплановый — проводится руководителем работ в том случае, когда имеют место изменения в технологическом процессе при поступлении нового оборудования, после того как произошел несчастный случай и при перерывах в работе, превышающие установленные.

5. Целевой — при выполнении работ, не связанных с основной специальностью, проводит руководитель работ

3.3 Экологическая оценка мер по защите окружающей среды.

В настоящее время все более усиливается влияние человеческой деятельности на окружающую среду и, в целом, на биосферу.

С одной стороны происходит изменение биосферы в результате деятельности человеческой цивилизации, с другой стороны происходит ответная реакция со стороны биосферы, что изменяет самого человека.

Организм человека вынужден адаптироваться к изменяющимся внешним условиям, и не всегда эта адаптация происходит успешно. С точки зрения временного интервала эти изменения происходят очень короткий период времени по сравнению с периодом существования человеческого общества как цивилизации: активное воздействие человека на окружающую среду продолжается в течение последних 150 лет, в то время как человек как вид существует несколько сотен тысяч лет. Следует учитывать тот факт, что в настоящее время границы различных человеческих популяций, в основном, сложились, и значительные миграции населения затруднены.

С другой стороны, уровень развития человеческой цивилизации делает возможным влияние на окружающую среду в любой точке планеты без учета границ различных государств.

Влияние человеческой деятельности на окружающую среду поставило перед человечеством в целом ряд новых проблем , важность которых в ряде случаев недооценивается. Эти проблемы можно назвать глобальными проблемами окружающей среды. Можно предположить, что с развитием человеческой цивилизации их количество будет возрастать.

К некоторым из них следует отнести:

Введение в окружающую среду новых веществ, некоторые из которых уже сейчас известны как безусловно загрязнители и токсические вещества.

Демографические проблемы, которые можно рассматривать с точки зрения влияния окружающей среды на стабильность популяций;

Глобальные изменения климата, которые можно рассматривать с точки зрения создания « парникового эффекта»;

Проблемы урбанизации населения , приводящие к созданию крупных городов - мегаполисов , отрицательно воздействующих на окружающую среду.

Разрушение озонового экрана Земли.

Снижение видового разнообразия.

Мерами по защите окружающей среды могут быть

создание правовых основ системы государственного управления в области экологии.

Установление прав, обязанностей и ответственности органов государственной власти, местного самоуправления, организаций, иных юридических лиц и граждан.

За нарушение законодательства в области экологии предусмотрены следующие виды юридической ответственности:

дисциплинарная (отстранение от занимаемой должности, увольнение и др.),

имущественная (возмещение убытков и др.),

административная (предупреждение, штраф, конфискация предмета, служившего орудием экологического правонарушения, и др.),

уголовная (штраф, лишение свободы).

В качестве мер по рациональному природопользованию и охране природы используются:

принятие законодательства по рациональному природопользованию и охране природы,

установление юридической ответственности,

применение научно-технических среств для внедрения экологических принципов рационального использования природных ресурсов и охране природы,

медико-санитарные меры по рациональному природопользованию и охране природы,

распротранение знаний по основам экологии и рациональному природопользованию.

Реализуются меры по рациональному природопользованию и охране природы посредством:

деятельности государственных органов по рациональному природопользованию и охране природы,

деятельности предприятий, научных и учебных структур,

деятельности общественных организаций и движений по рациональному природопользованию и охране природы,

деятельности средств массовой информации,

деятельности внебюджетных экологических фондов.

4.Экономический раздел.

В экономический раздел пояснительно-расчетной записки дипломного

проекта «Разработка конструкции цифрового измерителя» входят

три подраздела:

1) Планирование технической подготовки производства методами сетевого планирования

2) Расчет сметы затрат

3) Оценка экономической эффективности производства устройства

Целью первого подраздела является: определение этапов разработки устройства, их трудоёмкость и продолжительность; составление перечня событий и построение сетевого графика работ с дальнейшей его оптимизацией

для наглядного представления организационно-экономической стороны

разработки устройства и повышения эффективности использования ресурсов

и времени разработки.

Во втором подразделе проводиться расчет следующих экономических параметров: материальные затраты, затраты на заработную плату, отчисления на социальные нужды, амортизационные отчисления и прочие затраты .

Третий подраздел содержит расчет эффективности разработки и целесообразность проектирования устройства, исходя из уменьшения стоимости устройства и увеличения в результате этого количества продаваемых устройств.

4.1. Планирование технической подготовки производства методами

сетевого планирования

4.1.1.Определение этапов разработки

Разработка конструкции блока устройства состоит из следующих этапов:

Получение задания;

Решение вопроса актуальности темы;

Анализ существующих разработок;

Составление технического задания;

Согласование технического задания с заказчиком;

Анализ электрической схемы;

Выбор компоновочной схемы;

Выбор и обоснование метода и принципа конструирования;

Выбор и обоснование элементной базы;

Выбор материалов и защитных покрытий конструкции;

Компоновочный расчет блоков РЭС;

Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации, экранирования и виброзащиты;

Расчет теплового режима;

Расчет механической прочности и системы виброударной защиты;

Мероприятия по защите от коррозии, влаги, электрического удара, электромагнитных полей и механических нагрузок;

Полный расчет надежности;

Анализ и учет требований эргономики и технической эстетики;

Расчет технологичности;

Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы;

Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы;

Составление технической документации;

Согласование технической документации с заказчиком;

Оплата заказчиком;

Заказ на изготовление компоновочных элементов и конструкций изделия;

Сборка устройства;

Проверка работоспособности;

Отправка устройства заказчику.

4.1.2. Определение трудоемкости каждого этапа

Определение трудоемкости каждого этапа проводится при использовании экспертного метода. Трудоемкость каждого этапа определяется по формуле:

tожi = (3 tmin i + 2 tmax i)/5, (1)

tmin i - трудоемкость этапов при наилучших стечениях обстоятельств, (н.час);

tmax i - трудоемкость этапов при наихудших стечениях обстоятельств, (н.час).

Значения по трудоемкости этапов tmin i и tmax i представлены в таблице 4.1

Таблица 4.1

Определение трудоемкости этапов

№ п/п	Название этапа	tmini, н.час	tmaxi, н.час	tожi, н.час
1	2	3	4	5
1	Получение задания	6	11	8
2	Решение вопроса актуальности темы	12	22	16
3	Анализ существующих разработок	60	100	76
4	Составление технического задания	100	130	112
5	Согласование технического задания с заказчиком	6	11	8
6	Анализ электрической схемы	60	100	76
7	Выбор компоновочной схемы	40	55	46
8	Выбор и обоснование метода и принципа конструирования	45	60	51
9	Выбор и обоснование элементной базы	50	70	58
10	Выбор материалов и защитных покрытий	45	60	51
11	Компоновочный расчет блоков РЭС	110	150	126
12	Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации, экранирования и виброзащиты	80	100	88
13	Расчет теплового режима	15	25	19
14	Расчет механической прочности и системы виброударной защиты	30	45	36
15	Мероприятия по защите от коррозии, влаги, электрического удара, электромагнитных полей и механических нагрузок	30	50	38
16	Полный расчет надежности	20	40	20
17	Анализ и учет требований эргономики и технической эстетики	15	25	19

18	Расчет технологичности	25	40	23
19	Расчет конструктивно-технологических параметров ПП	70	100	82
20	Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы	35	55	43
21	Составление технической документации	55	70	61
22	Согласование технической документации с заказчиком	6	11	8
23	Оплата заказчиком	6	11	8
24	Заказ на изготовление компоновочных элементов и конструкций изделия	200	250	220
25	Сборка устройства	50	70	58
26	Проверка работоспособности	15	25	19
27	Отправка устройства заказчику	6	11	8
	ИТОГО:			1378

4.1.3. Определение продолжительности каждого этапа

Продолжительность каждого этапа определяется по формуле:

Тi = tожi / (Wpi * q * kн * f) (2)

Wpi - число исполнителей, занятых на данном этапе, чел.;

q - продолжительность рабочего дня (принимаем 8 часов);

kн - коэффициент, учитывающий возможность перевыполнения норм (принимаем 1,1);

f - Коэффициент перевода рабочих дней в календарные (принимаем 0, 81).

Сведения по количеству исполнителей, занятых на каждом этапе, Wpi, представлены в таблице 4.2 в 4 столбце. Всего в работе принимает участие 15 человек.

Таблица 4.2

Определение деятельности этапов

№ п/п	Название этапа	tожi, н.час	Wpi, чел.	Т, Дней
1	2	3	4	5
1	Получение задания	8	1	1
2	Решение вопроса актуальности темы	16	2 1*	1 2*
3	Анализ существующих разработок	76	3 4*	4 3*
4	Составление технического задания	112	3	5
5	Согласование технического задания с заказчиком	8	1	1
6	Анализ электрической схемы	76	2	5
7	Выбор компоновочной схемы	46	2	3
8	Выбор и обоснование метода и принципа конструирования	51	2	4
9	Выбор и обоснование элементной базы	58	3 4*	3 2*
10	Выбор материалов и защитных покрытий конструкции	51	2 1*	4 8*
11	Компоновочный расчет блоков РЭС	126	3	6
12	Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации, экранирования и виброзащиты	88	3	4
13	Расчет теплового режима	19	2 1*	1 2*
14	Расчет механической прочности и системы виброударной защиты	36	3	2
15	Мероприятия по защите от коррозии, влаги, электрического удара, электромагнитных полей и механических нагрузок	38	2	3
16	Полный расчет надежности	20	2 4*	2 1*

1	2	3	4	5
17	Анализ и учет требований эргономики и технической эстетики	19	2 1*	1 2*
18	Расчет технологичности	23	1	3
19	Расчет конструктивно-технологических параметров ПП	82	3 4*	4 3*
20	Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы	43	2 1*	3 6*
21	Составление технической документации	61	3	3
22	Согласование технической документации с заказчиком	8	1	1
23	Оплата заказчиком	8	1	1
24	Заказ на изготовление компоновочных элементов и конструкций изделия	220	3	10
25	Сборка устройства	58	3	3
26	Проверка работоспособности	19	2	1
27	Отправка устройства заказчику	8	1	1

* - значения после оптимизации

4.1.3 Составление перечня событий и работ

На данном этапе все производимые работы определяются по последовательности их проведения. Перечень работ с указанием кода работ и их продолжительности сводится в таблицу 4.3

Таблица 4.3

Перечень событий и работ

№ п/п	Наименование события	Код работы	Наименование работы	Т, дней
1	2	3	4	5
0	Принятие решения об изготовлении устройства	0-1	Получение задания	1
1	Задание на разработку получено	1-2 1-3	Решение вопроса актуальности темы Анализ существующих разработок	2* 4 3*
2	Вопрос актуальности темы решен	2-4	Фиктивная работа
3	Существующие разработки рассмотрены	3-4	Составление технического задания	5
4	Техническое задание составлено	4-5	Согласование технического задания с заказчиком	1
5	Техническое задание согласовано с заказчиком	5-6 5-7	Анализ электрической схемы Выбор компоновочной схемы	5 3
6	Электрическая схема проанализирована	6-8	Фиктивная работа
7	Компоновочная схема выбрана	7-8	Выбор и обоснование метода и принципа конструирования	4

8	Методы и принципы конструирования выбраны и обоснованы	8-9 8-10	Выбор и обоснование элементной базы Выбор материалов и защитных покрытий	3 2* 4 8*
9	Элементная база выбрана и обоснована	9-11	Компоновочный расчет блоков устройства	6
10	Материалы и защитные покрытия подобраны	10-11	Фиктивная работа
11	Блок устройства рассчитан	11-12 11-13 11-14 11-15 11-16 11-17	Выбор способов и средств теплозащиты, герметизации, экрани-рования и виброзащиты Расчет теплового режима Расчет механической прочности и системы виброударной защиты Мероприятия по защите от коррозии, влаги, электрического удара, электромагнитных полей и механических нагрузок Полный расчет надежности Анализ и учет требований эргономики и технической эстетики	4 1 2* 2 3 2 1* 1 2*

Продолжение таблицы 4.3

1	2	3	4	5
12	Способы и средства теплозащиты, герметизации, экранирования и виброзащиты выбраны	12-18	Фиктивная работа
13	Тепловой режим рассчитан	13-18	Фиктивная работа
14	Расчет механической прочности и системы виброударной защиты произведен	14-18	Фиктивная работа
15	Мероприятия по защите от коррозии, влаги, электри-ческого удара, электромаг-нитных полей и механи-ческих нагрузок проведены	15-18	Фиктивная работа
16	Полный расчет надежности произведен	16-18	Расчет технологичности	3
17	Анализ и учет требований эргономики и технической эстетики осуществлен	17-18	Фиктивная работа
18	Расчет технологичности произведен	18-19 18-20	Расчет конструктивно-технологических параметров печатной платы Выбор и обоснование методов изготовления печатной платы	3* 3 6*

Продолжение таблицы 3

1	2	3	4	5
19	Конструктивно-технологические параметры печатной платы рассчитаны	19-21	Составление технической документации	3
20	Выбор и обоснование методов изготовления ПП осуществлен	20-21	Фиктивная работа
21	Техническая документация составлена	21-22	Согласование технической документации с заказчиком	1
22	Техническая документация с заказчиком согласована	22-23	Оплата заказчиком	1
23	Оплата заказчиком произведена	23-24	Заказ на изготовление компоновочных элементов и конструкций изделия	10
24	Заказ на изготовление компоновочных элементов и конструкций изделия выполнен	24-25	Сборка устройства	3
25	Сборка устройства произведена	25-26	Проверка работоспособности	1
26	Проверка работоспособности произведена	26-27	Отправка устройства заказчику	1
27	Устройство отправлено

* - после оптимизации

4.1.4.Построение сетевого графика

Сетевой график отражает логическую последовательность всего комплекса работ, расположенный в порядке протекания процесса производства изделия начиная первым событием процесса и заканчивая завершающим событием.

На основании таблицы 4.3 на чертеже«Сетевой график до оптимизации» представлен сетевой график.

Ri (Rп) ti,j (Rc) Rj

tpi tпi tpj tnj

i j

Событие - наступление некоторого факта. Событие не имеет продолжительности во времени. Обозначается на графике кружком.

Работа - процесс, переводящий одно событие в другое. Работа требует времени. Обозначается стрелкой ( - если работа действительная, - если фиктивная: не требует ни затрат времени, ни затрат труда). Кодируется двумя числами, одно из которых (i) соответствует номеру начального события работы, второе (j) - номеру конечного события работы. Код располагается в нижней части кружка.

Продолжительность работы определяется в календарных днях, обозначается tpi,j и располагается над стрелкой, в центральной ее части. Значения продолжительности каждой работы, представленные на сетевом графике (рис 4. 1 и чертеже «Сетевой график до оптимизации») берутся из таблицы 4.1

Ранний срок свершения событий - это возможно ранний срок свершения события, необходимый для выполнения всех работ, предшествующих данному событию. Согласно определению ранний срок свершения исходного события равен 0. Обозначается tpi или tpj и размещается в левом секторе кружка. Определяется по формуле:

tpj = (tpi + ti,j) (3)

Рассчитанные значения tpj представлены на сетевом графике .

Поздний срок свершения события - это срок, превышение которого вызовет аналогичную задержку наступления завершающего события. Обозначается tпi и размещается в правой части кружка. Определяется по формуле:

tпj = (tпj + ti,j) min (4)

Рассчитанные значения tпj представлены на сетевом графике .

Резерв события - это такой промежуток времени, на который может быть отсрочено совершение этого события без нарушения сроков завершения разработки в целом. Обозначается R и располагается в верхней части кружка. Определяется по формуле:

Ri(j) = tпi(j) - tpj(j) (5)

Рассчитанные значения Ri(j) представлены на сетевом графике .

Полный резерв работы - весь резерв работы, при условии возможно раннего ее начала и допустимо позднего ее окончания. Обозначается Rп и размещается над стрелкой слева от ti,j в скобках. Определяется по формуле:

Rп = tпj - tpi - ti,j (6)

Рассчитанные значения Rп представлены на сетевом графике .

Свободный резерв работы показывает, какая часть полного резерва работы может быть использована для увеличения продолжительности работы, не влияя на полный срок свершения конечного события этой работы. Обозначается Rс и размещается над стрелкой справа от ti,j в скобках. Определяется по формуле:

Rс = tрj - tpi - ti,j (7)

Рассчитанные значения Rс представлены на сетевом графике .

Полный путь - любая последовательность событий и работ от исходного события до завершающего.

Критический путь - это полный путь с наибольшей продолжительностью; важнейший параметр сетевого графика. Все резервы события на данном пути равны 0.На сетевом графике критический путь обозначается дополнительной стрелкой. Продолжительность работ на критическом пути составляет 56 дней.

4.1.5. Оптимизация сетевого графика

При оптимизации сетевого графика будем использовать метод оптимизации сроков разработки при сохранении ресурсов. Для этого надо перераспределить исполнителей (перевести исполнителей с работ, не лежащих на критическом пути, на работы лежащие на критическом пути). Перевод исполнителей возможен только в том случае, если эти исполнители по своей квалификации и специализации могут выполнять другую работу. Переведем по одному специалисту с работы 1-2 на 1-3, с работы 8-10 на работу 8-9, с работ11-13 и 11-17 на работу 11-16, с работы 18-20 на работу 18-19.

Рассчитаем трудоемкость каждой работы по формуле:

Тi,j = Wpi,j * ti,j , (8)

где Wpi,j - число исполнителей, занятых, на данной работе, чел.;

ti,j - продолжительность данной работы, дней.

Wp1,2 = 2 чел. t1,2 = 1 дн.;

Wp1,3 = 3 чел. t1,3 = 4 дн.;

Wp8,9 = 3 чел. t8,9 = 3 дн.;

Wp8,10 = 2чел. t8,10 = 4 дн.;

Wp11,13 = 2 чел. t11,13 = 1 дн.

Wp11,16 = 2 чел. t11,16 = 2 дн.

Wp11,17 = 2 чел. t11,17 = 1 дн.

Wp18,19 = 3 чел. t18,19 = 4 дн.

Wp18,20 = 2 чел. t18,20 = 3 дн.

Расчет трудоемкости работ, в чел.-днях:

Т1,2 = 2 чел.дн.;

Т1,3 = 12 чел.дн.;

Т8,9 = 9 чел.дн.;

Т8,10 = 8 чел.дн.;

Т11,13 = 2 чел.дн.

Т11,16 = 4 чел.дн.

Т11,17 = 2 чел.дн.

Т18,19 = 12 чел.дн.

Т18,20 = 6 чел.дн.

Определим новую продолжительность работ при переводе исполнителей:

ti,j нов = Тi,j / Wpi,jнов , (9)

где Wpi,jнов - число исполнителей после перевода, чел.

Расчет новой продолжительности работ:

t1,2 = 2/1 = 2 дн.;

t1,3 = 12/4 = 3 дн.;

t8,9 = 9/4 = 2 дн.;

t8,10 = 8/1 = 8дн.;

t11,13 = 2/1 = 2 дн.

t11,16 = 4/4 = 1 дн.

t11,17 = 2/1 = 2 дн.

t18,19 = 12/4 = 3 дн.

t18,20 = 6/1 = 6 дн.

Значения длительностей этапов, изменившиеся за счет оптимизации, внесены в таблицу 4.2. В таблицу 4.3 внесены необходимы изменения.

На основании измененных данных таблицы 4.3 на рис4.2 и чертеже »Сетевой график после оптимизации» строим сетевой график после оптимизации, аналогичный графику из пункта 4.1.4

4.1.6.Расчет параметров оптимизированного графика

Расчет параметров оптимизированного графика будем проводить по формулам из пункта 4.1.4Рассчитанные значения оптимизированного сетевого графика представлены на рис4.2. и на чертеже В результате оптимизации продолжительность критического пути сократилась с 56 дней до 52 дней. Дальнейшая оптимизация за счет перераспределения исполнителей невозможна.

ВВЕДЕНИЕ В настоящее время цифровые измерители частоты и интервалов времени составляют наиболее многочисленную группу среди ЦИП. Они удобны в эксплуатации и отличаются высокой точностью. Современные цифровые измерители выполняются на полупроводниковых приборах и ИМС, что повысило их надежность по сравнению с первыми ламповыми образцами, уменьшило габариты и потребляемую мощность. Обычно ЭСЧ выполняются как универсальные приборы и позволяют помимо частоты измерять период, временной интервал, длительность импульса, подсчет количества импульсов. В данном приборе для измерения частоты используется метод непосредственного подсчета числа импульсов за определенную единицу времени. Этот метод подразумевает наличие генератора сигнала эталонной частоты, как правило используется кварцевый генератор. Импульсы с кварцевого генератора подаются на декадный делитель частоты. С выхода делителя частоты сигналы подаются в устройство управления. Функцией устройства управления является выработка измерительного стробирующего импульса, который подается на схему совпадения в зависимости от выбранного времени измерения. Также, устройство управления вырабатывает импульсы обнуления счетчика и сигналы гашения индикатора в момент пересчета.. Хотя в последующие годы появилось много подобных конструкций, на мой взгляд, и в XXI веке прибор ничуть не устарел, а по некоторым параметрам даже превосходит более поздние разработки.(1, стр.36) Принцип работы измерителя - классический: измерение количества импульсов входного сигнала за фиксированный интервал времени. Таким интервалом выбрана одна секунда, что обеспечивает точность отсчета - один герц. Этого вполне достаточно для большинства целей. Важной особенностью измерителя является то, что в нем можно использовать кварцевый резонатор на любую самую "экзотическую" частоту в диапазоне 5...12 МГц. Оптимальным, на мой взгляд, является значение 6...8 МГц. Длительность интервала измерения определяется двумя константами - К1 и К2. Программа построена таким образом, что допускает многократную коррекцию этих значений. В настоящее время цифровые измерители частоты и интервалов времени составляют наиболее многочисленную группу среди ЦИП. Они удобны в эксплуатации и отличаются высокой точностью. Современные цифровые измерители выполняются на полупроводниковых приборах и ИМС, что повысило их надежность по сравнению с первыми ламповыми образцами, уменьшило габариты и потребляемую мощность.
					ДП-2068757-20.08-ПР7-40-05

Изм.	Лист	№ докум.	Подпись	Дата
Студент		Зуев			Цифровой измеритель	Лит.	Лист	Листов
Руководитель		Кудрявцев					6
Зав. каф.		Сахаров				Гр. ПР7
						Гр. ПР7

Слов:	61353
Символов:	428989
Размер:	837.87 Кб.

Название реферата: Цифровой измеритель