Дипломная работа: Специализированный источник питания для АТС

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Тульский государственный университет

КАФЕРА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Утверждаю «____» ___________1998 г.

Зав. кафедрой РЭ ________________

ЗАДАНИЕ

на дипломное проектирование

студенту гр.260831 Вяткину И.Н.

1. 1. Тема . «Специализированный источник питания для АТС»

Утверждена приказом по университету № _____ от «_____» ________ 1998 г.

2. 2. Цель проектирования .

2.1. 2.1.Задачи проектирования : Разработка конструкции малошумящего источника питания для АТС

.

2.2. 2.2.Технические требования : Напряжение питания – 220 ± 22 В.; частота тока – 50 Гц.; выходное напряжение - +24 В. при Рвых £ 25 0 Вт.; величина эффективного значения переменной составляющей выходного напряжения не более 100 мкВ в полосе частот от 50 Гц до 3 кГц,; защита по току нагрузки; конструктивное исполнение: силовой блок и контрольно-управляющий блок выполнены в виде 2-х различных блоков, размеры корпусов блоков в плане 480 ´ 340 мм; условия эксплуатации – 1 группа по ГОСТ 16.019 – 78; вероятность безотказной работы – 0,85 при 5000 ч. работы:

6. 6. Содержание пояснительной записки : Введение. 1.1.Анализ технического задания. 1.2.Обоснование критерия качества проектируемого изделия.1.3.Патентно-информационный поиск. 2.1.Формализация критерия качества. 2.2.Разработка конструктивных вариантов. 2.3.Оптимизация конструкции. Выбор оптимального варианта. 2.4.Детально- конструктивная проработка оптимального варианта. 2.5.Выбор материалов, элементов, покрытий. 3.Расчет тепловых режимов. 4.Расчет надежности. 5.Разработка структурной схемы источника питания 6.1.Выбор и обоснование технологического процесса изготовления печатных плат.6.2.Технологическое приспособление для изготовления печатной платы.6.3.Расчет усилия вырубки платы по контуру и обоснование выбора пресса.6.4.Расчет исполнительных размеров штампа.7.Инструкция по эксплуатации, измерение параметров, регулирование и настройка источника питания .8.Организационно-экономическая часть. 9. ОТ и ТБ. Список литературы. Приложения.

4. Графическая часть : Схема электрическая принципиальная ф.А1.

Схема электрическая структурная ф.А1.

Источник питания. Сборочный чертеж 2 ф.А1.

Чертеж печатной платы 2ф.А1.

Сборочный чертеж печатной платы.фА1.

Кондуктор. Сборочный чертеж ф.А1.

Плакат. Технико-экономические показатели ф.А1.

5. 5. Консультанты по проекту :

6. 6. Дата выдачи задания : «_______» __________ 1998 г.

7. 7. Срок сдачи студентом законченного проекта : «_______» _____ 1998 г.

Руководитель: ________________________________________ /Семёнов Л.П./

Задание принял к исполнению: ___________________________ /Вяткин И.Н./

8.38.3Расчет затрат на проектирование и использование источника питания

8.3.1 8.3.1 Определение плановой себестоимости проведения ОКР

8.3.2 8.3.2 Определение прибыли и договорной цены

8.48.4Расчет затрат на изготовление опытного образца электронного устройства и предпроизводственных затрат

8.58.5Расчет затрат на изготовление проектируемого электронного устройства, лимитной цены

8.68.6Расчет лимитной цены

8.78.7Оценка уровня качества проектируемого электронного устройства

8.88.8Расчет эксплуатационных затрат потребителя

8.98.9Расчет годовых текущих издержек

8.10 8.10 Определение экономической эффективности проектируемого изделия.

9. 9. Охрана труда и окружающей среды

9.19.1Анализ опасных и вредных факторов при проектировании

9.29.2Выбор помещения и расположение рабочих мест

9.39.3Пожарная безопасность

9.49.4Расчет освещения

9.59.5Обеспечение электробезопасности методом заземления

9.69.6Обеспечение микроклимата и расчет вентиляции

Заключение

Библиографический список

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Введение

Радиоэлектронная аппаратура в том числе и устройства связи предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в большинстве случаев требуют обязательного преобразования энергии первичного источника. Поэтому одновременно с прогрессом в автоматике и радиоэлектронике происходит бурное развитие преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, которые осуществляют необходимые преобразования электрической энергии (часто многократные), обеспечивая при этом требуемые значения питающих напряжений как постоянного, так и переменного однофазного или многофазного токов; электрическую изоляцию цепей питания друг от друга и от первичного источника; высокую стабильность вторичных питающих напряжений в условиях значительного изменения первичного питающего напряжения и нагрузок; эффективное подавление пульсаций во вторичных питающих цепях постоянного тока; требуемую форму напряжения переменного тока, постоянство сдвига фаз и высокую стабильность их частоты и т.д.

Полученные в этой области качественно новые результаты, а именно обеспечения высокой надежности, экономичности и большого срока службы средств вторичного электропитания при их сравнительно малых габаритах и массе, обусловлены переходом на полупроводниковую элементную базу.

В условиях рыночных отношений необходимо обеспечить конкурентоспособность изделий, а поэтому необходимо обеспечить надежность выполнения функциональных задач наряду с приемлемой стоимостью прибора.

В данном дипломе проектируется блок вторичного электропитания, предназначенный для питания изделия специального назначения, которое критично к помехам по цепи питания в полосе частот от 50Гц до 3 кГц. Выполнение требований заданий обеспечивается как схематическими, так и конструкторскими мерами.

1. 1. Технико-экономический анализ темы проекта.

1.1. 1.1. Анализ технического задания

Прибор выполнен по техническому заданию, составленному применительно к эксплуатации в условиях Чернского узла электросвязи филиала ОАО «Тулателеком».

Источник питания для АТС может использоваться на автоматических телефонных станциях в качестве источника питания для аппаратуры уплотнения ИКМ-120.

Так как источник питания эксплуатируется в закрытом помещении, то специальных мер защиты источника питания предусматривать не следует. Рабочий температурный охват для источника питания – от +5 до +40°С, допустимая относительная влажность воздуха при 30°С – 40 до 90%, атмосферное давление – от 84 до 107 кРа.

Использование источника питания на АТС предусматривает габариты и компоновку прибора исходя из размеров и расположения другой аппаратуры, а также удобство в эксплуатации, поэтому заданы габаритные размеры в плане 480´340. Конструкция источника питания должна обеспечивать в полной мере выполнение технических требований, предъявляемых к прибору, и обеспечивать нормальный тепловой режим. Одним из возможных вариантов исполнения данного прибора является конструктивное оформление его в корпус.

Из анализа условий эксплуатации следует, что выбор электрорадиоэлементов /ЭРЭ/ должен обеспечивать работу источника питания в заданных условиях без снижения надежности.

Разрабатываемая конструкция источника питания должна быть технологична. Технологичность конструкции – это совокупность свойств конструкции изделия, обеспечивающая оптимизацию затрат при производстве, эксплуатации, ремонте с учетом заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Проведем расчет показателей технологичности конструкции по методике, изложенной в [6] .

Экономичность конструктивной и пространственной компоновке блока определяется количеством деталей в изделии и их распределением по назначению.

Коэффициент экономичности равен:

, (1.1)

где П_доп , П_всп , П_осн , - соответственно, количество дополнительных, вспомогательных и основных деталей.

Коэффициент повторяемости (внутренней унификации) определяется на основе выражения:

, (1.2)

где П – общее количество деталей и узлов в изделии;

П_наим – общее количество наименований типоразмеров деталей и узлов в изделии.

Коэффициент разнообразия применяемых материалов характеризуется качеством применяемых марок, типоразмеров материалов и определяется на основе выражения:

, (1.3)

где М_т – количество типоразмеров материалов, идущих на изготовление

оригинальных и заимствованных деталей изделия;

П_ор – общее количество оригинальных и заимствованных деталей.

Одним из важнейших критериев технологичности конструкции является степень конструктивной преемственности вновь разрабатываемой конструкции. Она характеризуется следующими коэффициентами:

Коэффициентом нормализации и стандартизации, который определяется по формуле:

, (1.4)

где П_н ,П_с - соответственно количество нормализованных и стандартизованных деталей.

Коэффициентом общей преемственности, определяемый по формуле:

, (1.5)

где П_з – количество заимствованных деталей.

Полученные расчетным путем показатели, сведем в табл. 1.1.

Показатели технологичности конструкции

Таблица 1.1.

Анализируя полученные показатели, сделать вывод, что данная конструкция источника питания в заданной серии выпуска, технологична. Прибор может эксплуатироваться на АТС. Разработанный прибор удовлетворяет всем задачам, поставленным в ТЗ. Прибор отличается сравнительно небольшими габаритами, относительной простотой и надежностью конструкции.

С целью повышения ремонтопригодности источник питания выполнен, как два блока – силовой и контрольно-управляющий. Кроме этого, облегчается и тепловой режим контрольно-управляющего блока.

1.2. 1.2. Обоснование критерия качества проектируемого изделия.

Проектируемый прибор относится к стационарной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА), поэтому в качестве критерия качества примем комплексный показатель качества.

В условиях рыночной экономики наиболее существенными показателями, обеспечивающими конкурентоспособность изделия и характеризующими потребительские свойства изделия, являются такие показатели, как надежность и стоимость.

Так как источник питания относится к стационарной РЭА, то необходимо, чтобы его конструкция обеспечивала удобство при эксплуатации и обладала хорошим эстетическим оформлением. Для этого используются наиболее удачные, ранее найденные, конструктивные решения. В нашем случае оптимальной формой источника питания является конструкция, помещаемая в прямоугольный корпус. Этот вывод сделан на основе проведенного теплового расчета. Расчет приведен в разделе 3.

Отвод теплоты, благодаря относительно небольшой выделяемой мощности, осуществляется за счет естественной воздушной конвекции. Необходимая точность выдаваемых источником питания электрических параметров обеспечивается схемным решением и путем выбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с малым разбросом номиналов (до 5%).

Конструирование данного источника питания производится в узловом исполнении. Наличие узлов, скомпонованных в зависимости от выполняемых функций, улучшает ремонтопригодность.

На основе выбранного критерия качества проводим патентно-информационный поиск по уже существующим разработкам. Результаты патентно-информационного поиска приведены в разделе 1.3.

1.3 ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК

ЗАДАНИЕ

НА ПРОВЕДЕНИЕ ПАТЕНТНОГО И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО

ИССЛЕДОВАНИЯ

Тема дипломного проекта: Специализированный источник питания для АТС.

Задачи патентного и научно-технического исследования:

Выявить новизны источника питания,

обзор и анализ известных решений.

Исполнитель: Вяткин И.Н.

Краткое содержание работы: Выявить аналоги и провести сравнительный анализ

из функциональных возможностей и основных параметров источников питания.

Срок исполнения: 10 сентября 1998 г.

Отчетный документ: Справка-отчет о патентном исследовании.

Руководитель дипломного проекта: Семенов Л.П.

Задание принял к исполнению 01.09.98 г.

Студент гр. 260831 ВяткинИ.Н.

Справка-отчет о патентном исследовании.

Тема дипломного проекта: «Специализированный источник питания для АТС».

Начало поиска 01.09.98 г. Окончание поиска 10.09.98 г.

Таблица 1.2.

Научно-технические источники.

7. 7. УДК 681.322.036.

Устройство для запитывания блока электропитания, выдающего рабочее напряжение постоянной величины. Power measurement system. / Clayve Fred R. / US Dep Commer. Nat. But. Stand – 1996 - №345. – США.

Приводится подробное описание технических и эксплутационных характеристик системы, специально разработанной для высокостабильных электропитающих установок напряжением до 60 В.

8. 8. УДК 681.322.003.

Устройство для стабилизации напряжения постоянного тока. Technegves automated microwave nts. /Lomas Streve/ Electron Eny. (Gr. Brit.) – 1995 – 61. №746. – англ.

Устройство обеспечивает высокий уровень стабилизации во всем рабочем диапазоне напряжений, а также автоматизированный контроль выходной мощности.

9. 9. УДК 681.322.467.

Многоканальный источник питания с комбинированной защитой. /А.А. Фурсов, Курское производственное объединение «Счетмаш»./ Электронная промышленность. – 1997 г. - №1.

Представлено подробное описание, структурные и принципиальные схемы источника питания предназначенного для использования в системах связи.

Анализируя результаты патентно-информационного поиска можно сделать вывод об актуальности данной темы и отметить, что разрабатываемый источник питания является наиболее приемлемым компромиссом между существующими дорогостоящими аналогами и предлагаемыми вариантами для использования в качестве источника питания для многоканальной аппаратуры уплотнения типа ИКМ-120, как по конструкции, так и по технологическим показателям.

2. 2. Конструкторская часть.

2.1. 2.1. Формализация критерия качества

Любую систему РЭА характеризует качество, которое определяется вектором К=(К₁ ,...К_i ,...,К_m ) показателей качества.

С увеличением или уменьшением каждого из показателей К_i качество системы монотонно улучшается при прочих равных условиях. Система, обладающая наилучшим значением вектора К_i , считается оптимальной.

Введем понятие критерия оптимальности системы. Это критерии, согласно которому одно значение вектора К_i считается лучше или хуже другого его значения.

Фактически показателем качества системы можно считать такие параметры, как масса устройства, занимаемый им объем, стоимость, потребляемая мощность, надежность, а также другие параметры в зависимости от особенностей конструкции и возможных условий эксплуатации.

При оптимизации системы в целом - одной из основных задач является оптимизация ее параметров X₁ ,...,X_n ,...,X_m (m>n) , т.е. отыскание таких значений X₁ ,...,X_n ,...,X_m при которых достигается наилучшее значение вектора К показателей качества. Каждый из показателей качества

K₁ ,...K_i ,...K_m в обобщенном случае зависит от всех параметров системы

K₁ =f₁ × (x₁ ,...x_i ,...x_n ) (2.1)

K₂ =f₂ × (x₁ ,...x_i ,...x_n )

K₃ =f₃ × (x₁ ,...x_i ,...x_n )

Функции f_m называют целевыми функциями.

Одновременно с обоснованием вектора К показателей качества (определением целевых функций) системы и критерия оптимальности для оптимизации параметров системы в исходных данных в общем случае требуется установить совокупность ограничений, накладываемых на показатели качества и параметры синтезируемой системы.

Оптимизация системы, производимая на основе показателей качества, т.е. с учетом нескольких целевых функций, называется векторной (многокритериальной) оптимизацией.

Показатели качества отличаются разнообразием. Показатели качества конструкции это количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих качество конструкции, причем каждая характеристика рассматривается применительно к отдельным условиям производства, эксплуатации конструкции в зависимости от характера решаемых задач по оценке уровня качества классифицируется по различным признакам.

Основным признаком классификации является классификация по характеризуемым свойствам. Это показатели надежности назначения, технологичности.

В расчетах будем использовать для оценки качества показатели назначения, показатели технологичности.

К группе показателей назначения отнесем три подгруппы:

1) 1) классификационные

2) 2) эксплуатационные

3) 3) конструктивные

К эксплуатационным показателям импульсов относятся: стабильность формируемых сигналов, выходная мощность, потребляемая мощность.

К конструктивным показателям относятся показатели, характеризующие основные конструкторские решения, удобства монтажа, объем и один из важных показателей такой, как уровень миниатюризации.

Уровень миниатюризации представляет собой количественную меру совокупности технических решений, направленных на эффективное исследование объема.

К показателям надежности относятся следующие параметры:

1) 1) безотказность

2) 2) долговечность

3) 3) сохраняемость

4) 4) ремонтопригодность

К показателям технологичности отнесем:

1) 1) трудоемкость

2) 2) себестоимость

3) 3) материалоемкость

Для того,чтобы оценить качество конструкции, безошибочно определить оптимальный вариант, необходимо количественно оценить комплексный показатель качества, состоящий из ниже перечисленных [6].

Комплексный показатель качества будем находить по формуле:

Kn=0.2N3+0.3G + 0.3No + 0.2T, (2.2)

где: 0.2, 0.3 - соответствующие коэффициенты весомости

N3 - комплексный показатель назначения;

G - комплексный конструктивный показатель;

No - комплексный показатель надежности;

Т - комплексный показатель технологичности.

Каждый из частных комплексных показателей находится при помощи весовых коэффициентов следующим образом:

1) 1) Показатель назначения:

N3 = 0.9Nnm + 0.4Ntd + 0.3Nbm (2.3)

где: Nnm - показатель потребляемой мощности

Ntd - стабильность формируемой параметрии

Nbm - потребляемая мощность нагрузки (выходная мощность)

0.3, 0.4,0.3 - соответствующие коэффициенты весомости

2) 2) Конструктивный показатель качества:

G = 0.3V + 0.3M + 0.4Mn (2.4)

где: V - объем устройства;

M - масса блока;

Mn - уровень миниатюризации;

0.3, 0.4 - соответствующие коэффициенты весомости.

3) 3) Найдем комплексный показатель надежности:

No = 0.25Sx + 0.25D + 0.25B + 0.25Rm, (2.5)

где: Sx – сохраняемость;

D – долговечность;

В – безотказность;

Rm – ремонтопригодность.

4) 4) Найдем комплексный показатель технологичности:

Т = 0.3Tр + 0.3Мт + 0.4Sб (2.6)

где: Тр - трудоемкость изготовления блока

Мт - материалоемкость

Sб - себестоимость изделия

0.3, 0.4 - соответствующие коэффициенты весомости

Следует особо отметить, что выше приведенные показатели используются в относительных единицах, называемых частным уровнем конструкции и данному свойству:

YKi=Pi/Bi (2.7)

где: Pi - показатель i-го свойства, оцениваемой конструкции

Bi - показатель i-го свойства базовой конструкции

Влияние каждого из критериев на общую совокупную оценку различно и зависит от вполне конкретных обоснованных требований, строго дифференцированный подход предусматривает введение коэффициентов весомости.

При их выборе руководствуются следующими положениями:

наибольший коэффициент весомости ;

показатели одинаковой весомости имеют одинаковые коэффициенты весомости.

коэффициент весомости всех рассматриваемых свойств отвечает условию:

mi=1 - для комплексного показателя качества

mj=1 - для частных показателей качества

Однако, оптимизация конструкции с помощью комплексного показателя качества носит элемент субъективизма при бальной оценке экспертов для весовых коэффициентов. Для получения этого в качестве основных критериев качества проведем оптимизацию по критериям надежности и стоимости.

,

где P(t) – вероятность безотказной работы системы;

l - интенсивность отказов элементов с учетом условий эксплуатации;

t – время работы.

,

где - стоимость изделия, - стоимость электрорадиоэлементов, входящих в состав изделия, С_пр – стоимость производства изделия.

2.2. 2.2. Разработка конструктивных вариантов.

В разделе 2.1. рассмотрено множество свойств конструкции разрабатываемого прибора, соответствующие им требования и оценивающие их показатели. Для того, чтобы судить о качестве конструкции в целом, необходимо это множество показателей свести к одному, комплексному показателю, который количественно сравнит варианты конструкций.

Исходя из вывода, сделанного в разделе 1.2., для оценки комплексного показателя качества конструкции прибора выбираем следующие частные показатели: группа назначения – объем, масса; группа надежности – безотказность (время наработки на отказ) и стоимость.

Оценку комплексного показателя качества проводим по методике экспресс оценки по трем, функционально унифицированным приборам, выполненным на различных типах микросхем по степени интеграции и с различными конструкциями и типоразмерами печатных плат. Основные характеристики приборов приводятся ниже.

Рис. 2.1. Эскиз прибора №1.

1 – корпус; 2 – направляющие; 3 – ячейка печатной платы.

осуществляется соединителями типа ГРМП1. Печатные платы в ячейке расположены параллельно друг другу, с односторонним расположением корпусов ИС и дискретных элементов. Печатный монтаж двухсторонний. Эскиз прибора приведен на рис. 2.1.

Рис. 2.2. Эскиз прибора №2.

1 – корпус; 2 – печатные платы; 3 – соединительная ПП.

Прибор №3 разъемной конструкции, состоит из набора одноплатных функциональных узлов, выполненных на интегральных микросхемах типа К555 и дискретных ЭРЭ. Печатный монтаж двухсторонний, расположение ИС и ЭРЭ одностороннее. Закрепление ПП жесткое, на стойках. Электрический монтаж между функциональными блоками выполнен объемным способом с применением разъемов. Размеры корпуса 480´340´430 мм. Материал корпуса – тонколистовой прокат алюминиевого сплава, типа АМ₂ – 2, толщиной 2,0 мм. Эскиз прибора приведен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Эскиз прибора №3.

1 – корпус; 2 – печатные платы; 3 – стойки.

По габаритным размерам приборов находим их объем:

Прибор №1 – V = 8125 см³ ;

Прибор №2 – V = 8545 см³ ;

Прибор №3 – V = 8004 см³ .

Показатели надежности и стоимости приборов рассчитываем по интенсивности отказов и цене основной элементной базы приборов – интегральным микросхемам, для чего составляем таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Вероятность безотказной работы для различных вариантов равна:

, (2.8)

для прибора №1 – P(t) = 0,83 <P(t) по ТЗ;

для прибора №2 – P(t) = 0,87 >P(t) по ТЗ;

для прибора №3 – P(t) = 0,85 = P(t) по ТЗ.

Рассчитанные параметры приборов сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2.

Все сравниваемые значения выбранных параметров приводим к безразмерным величинам, по формулам:

; (2.9)

, (2.10)

где - безразмерный показатель параметра;

- показатель i – го параметра;

- максимальный показатель i – го параметра.

Полученные результаты сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3.

Для всех значений параметров определяем весовые коэффициенты с учетом меры их важности предназначения.

Для экспресс - оценки наиболее эффективен и рационален метод установления весовых значений параметра экспертным путем.

Сумма всех весовых значений должна быть равна единице и каждое из них не должно существенно отличаться от другого.

Весовые значения параметров определенных экспертным путем заносим в таблицу 2.4.

Таблица 2.4.

Обобщенные показатели качества конструктивной проработки трех приборов рассчитываем по средневзвешенному арифметическому значению:

, (2.11)

где е – параметрический номер от 1 до р ;

- весовое значение характеристики;

- нормированное значение характеристики, е = 1,2,3 – номера приборов.

Полученные данные сводим в таблицу 2.5.

Таблица 2.5.

Оценки и анализ полученных показателей производим исходя из принципа «Чем значение показателя V_i меньше, тем качество конструкторской проработки прибора лучше». Исходя из данного принципа оценки и данных таблицы, делаем вывод, что конструкция прибора №2 наиболее полно удовлетворяет требованиям технического задания на проектирование источника питания, по характеристикам которого проводим дальнейшую проработку конструкции прибора.

2.3. 2.3. Оптимизация конструкции в соответствии с выбранным

критерием качества. Выбор оптимального варианта.

Проанализировав выбранный критерий качества, можно провести оптимизацию конструкции, которая удовлетворяла бы требованиям, предъявляемым к РЭА подобного типа.

Конструкция источника питания должна обеспечивать:

- - надежность;

- - низкую стоимость;

- - максимальную ремонтопригодность;

- - высокие эноргомические показатели.

Особое внимание при конструировании радиоэлектронной аппаратуры уделяется технологичности конструкции отдельных узлов, деталей и приборов в целом, так как технологичность конструкции существенно сказывается на качестве сборки, ее трудоемкости и себестоимости. Необходимо стремится к тому, чтобы во вновь создаваемых конструкциях в максимальной степени использовались стандартные и нормализованные детали, а также детали и узлы из ранее спроектированных конструкций, с целью сокращения затрат на разработку и освоение. Выполнить это условие можно путем применения метода функционально-узлового конструирования.

Прибор размещаем в корпусе. В качестве механической конструкции можно использовать каркас, на который будут крепиться печатные платы, передняя и задняя панели, детали корпуса. Как уже отмечалось при конструировании источника питания, применяем функционально-узловой метод. Его сущность заключается в том, что часть схемы, способная выполнять частичную задачу, объединяется в конструктивно и технологически законченные узлы. Основными достоинствами этого метода является:

- - возможность одновременной разработки, изготовления и наладки узлов;

- - повышение надежности за счет наличия резервных узлов (например, из ЗИПа), которыми заменяются узлы, подлежащие ремонту;

- - повышение ремонтопригодности РЭА в эксплутационных условиях;

- - возможность изменения прогрессивной технологии.

При функционально-узловом методе значительно упрощается сборка и монтаж как всей РЭА, так и отдельных ее частей снижается квалификация сборщиков (в процессе сборки не требуются рабочие высокой квалификации), обеспечивается технологичность и экономичность РЭА при любом объеме ее выпуска. С учетом изложенного выше, схема источника питания разбита на следующие функциональные узлы:

- - плату управления;

- - плату опознавания режима стабилизации;

- - плату защиты.

Функциональные узлы выполнены на печатных платах размером 170´200 мм из фольгированного стеклотекстолита, толщиной 1,5 мм ГОСТ 10316-72.

Соединение узлов между собой и элементами передней панели осуществляется посредством проводов.

Компоновка панели управления (панель передняя) имеет целью достичь внешней выразительности аппарата и разделить элементы управления по функциональному назначению.

При компоновке передней панели необходимо использовать метод относительной симметрии, когда все элементы, выносимые на переднюю панель, располагаются симметрично относительно друг друга.

При конструировании и его компоновке должны быть учтены требования оптимальных функциональных связей между модулями и их стабильность и устойчивость, требования прочности жесткости, помехозащищенности и нормального теплового режима, требования технологичности, эргономики, удобства эксплуатации и ремонта.

Проектируемый прибор относится к стационарной РЭА, поэтому необходимо стремится к тому, чтобы конструкция источника питания была удобной при эксплуатации и хранении. С этой целью целесообразно использовать не унифицированный каркас блока, а собрать его из отдельных частей. Отдельные детали каркаса соединяются при помощи сварных соединений. Для обеспечения надлежащей жесткости конструкции, каркас необходимо изготовить из стали, толщиной не менее 1,0 мм. Большая толщина стенок неизбежно приведет к увеличению массы, а меньшая к необратимым деформациям при случайном падении источника питания. Такой метод сбора каркаса исключит наличие дополнительных крепежных элементов, которые используются в унифицированных блоках.

2.4. 2.4. Детально-конструктивная проработка оптимального варианта.

2.4.1. 2.4.1. Конструктивная проработка печатной платы.

Источник питания для АТС конструктивно представляет собой законченный прибор. Одним из функциональных узлов данного прибора является плата опознавания режима стабилизации. Конструктивно плата опознавания режима стабилизации выполнена в виде одной, двухсторонней печатной платы (ПП).

Одной из трудоемких операций в проектировании печатных плат, является топологическое конструирование. Топологическое конструирование ПП, включает размещение РЭ на рабочей площади ПП и трассировку соединений между контактными площадками, включая разработку рисунка печатной платы.

Процесс топологического конструирования слагается из размещения и трассировки. При размещении расставляются навесные элементы на плате, распределяются контакты соединителей по электрической схеме и размещают контрольные гнезда. При трассировке прокладывают линии соединений (проводники) между контактными площадками в соответствии со схемой электрической принципиальной с учетом геометрических и электрических ограничений.

Геометрические ограничения обусловлены технологией изготовления ПП. Параметры геометрических ограничений при комбинированном методе следующее:

1. 1. Ширина проводника в свободных местах больше или равна 0,75 мм, в узких – не менее 0,25 мм.

2. 2. Расстояние между двумя проводниками, контактными площадками в свободных местах больше или равно 0,6 мм, в узких – не менее 0,25 мм.

Элементы распределяются на плате таким образом, чтобы массы по поверхности ПП была распределена по возможности равномерно.

Установка радиоэлементов производится согласно ОСТ 4.ГО.016.630-81.

В разрабатываемом проекте топологические работы по изготовлению ПП проведены с помощью системы автоматизированного проектирования, заключающейся в разработке полной конструкторской документации на плату управления, машинным методом, в системе PCAD. Основные достоинства данной системы и порядок разработки КД следующие:

1. 1. В ЭВМ вводят исходные данные со схемы электрической принципиальной, а именно:

- - создают базу данных – резисторы, микросхемы, конденсаторы, разъем;

- - рисуют схему, т.е. вызывают каждую микросхему, дают ей номер по схеме и соединяют.

2. 2. По количеству элементов, их установочным размерам, ширине проводников, необходимым зазорам между проводниками, определяют геометрические размеры платы. Обязательно оставляют резервное место для отработки схемы (установки новых элементов). Определяют места на ПП которые не должны быть заняты элементами или проводящим рисунком ( места крепления.

3. 3. Создают базу элементов, которые будут установлены на ПП. Их размеры ( диаметр, установочные размеры, диаметр установочных отверстий, радиус гибки, расстояние от корпуса). База создается в соответствии с ОСТ4.ГО.010.030-81, если элемента нет в ОСТе то все размеры берут по ТУ на данный элемент.

4. 4. Создают файл соответствия, в котором каждому элементу на схеме соответствует свой элемент на печатной плате.

5. 5. Размещают элементы на печатной плате. Программу запускают на трассировку. В зависимости от сложности схемы и размеров ПП, цепи могут быть разведены полностью или при сложной схеме или при ограниченном размере ПП, разводка составляет 90-95%, остальное доводят в ручную.

6. 6. В конце получаем файл, на основании которого получаем следующие данные:

- - файл для вычерчивания чертежей (сборочный чертеж платы, трассировку первой и второй стороны ПП);

- - файл для изготовления фотошаблона ПП;

- - файл для сверления отверстий в ПП на станках с ЧПУ.

Чертежи, получаемые машинным методом, пропускают через КСЕРОКС и получают готовые подлинники на кальке, не используя труд копировщиц.

Таким образом, система PCAD, позволяет значительно сократить время от начала разработки ПП до ее полного изготовления в производстве. Печатная плата опознавания режима стабилизации изготовлена подобным образом.

2.4.2. 2.4.2. Конструктивная проработка источника питания

Конструктивно источник питания выполнен в виде прямоугольного блока состоящего из следующих основных деталей и сборочных единиц:

- - Шасси ( ) источника питания представляет собой сварную конструкцию, состоящую из двух боковых рамок, выполненных штампованным способом из алюминия (алюминиевого сплава Амг2).

- - Кожух источника ( ) закрывает прибор сверху и с боков. Он выполнен из алюминиевого сплава Амг2 толщиной 2 мм. На верхней части кожуха верхнего блока имеется перфорация, предназначенная для наилучшего охлаждения нагревающихся частей источника питания.

- - Основание ( ) также выполнено из алюминиевого сплава Амг2 толщиной 2 мм, и является основным несущим элементом источника питания, к которому винтами крепится каркас, что придает последнему дополнительную прочность.

- - Передняя панель ( ) выполнена из алюминиевого сплава Амг2 и служит для расположения органов управления. Толщина передней панели 2,5 мм. Панель крепится к шасси с помощью шести винтов М4-6g´12.58.026. ГОСТ 17473-80. Печатные платы скреплены между собой с помощью изолированной пластмассовой рамки с глубокими пазами. Рамка изготовлена из пластмассы с помощью литья и прочно охватывает печатные платы, удерживая их при любом ударе в строго вертикальном положении. На передней панели установлены: тумблер включения сети, амперметр, вольтметр, индикаторы включения сети, срабатывания защиты по току, индикатор 24В, кнопка сброса защиты, переключатель включения 24В, переменные сопротивления регулировки тока защиты и установки напряжения.

- - Кожух источника питания крепятся с помощью винтов М3´20, через стойки шасси. Кронштейны и держатели выполнены из листового алюминиевого сплава Амг6 ГОСТ21631-76, толщиной 2 мм и крепятся с помощью винтов М3-6g.

Отвернув винты основания к кожуху, имеем возможность, получить доступ ко всем составным узлам источника питания, что обеспечивает достаточную ремонтопригодность источника питания.

Ремонтопригодность, есть свойство приспособленности изделия к обнаружению, устранению и предупреждению отказов и к выполнении ремонтов в течении заданного времени, при полном обеспечении ремонтными средствами и запасными частями. Уровень ремонтопригодности на стадии проектирования рассматривается при проектировании прибора (при компоновке) с точки зрения основного принципа – взаимозаменяемости и доступности к функциональным узлам. Исходя из компоновки разрабатываемого источника питания, можно сделать вывод, что доступность к функциональным узлам источника питания, так как все функциональные узлы свободно выдвигаются из корпуса, что делает их хорошо доступными для осмотра и ремонта.

Внутренний электромонтаж разрабатываемого источника питания выполнен объемным способом, с применением провода марки МГШВ-0,12 ТУ16-505-473-82, который имеет интервал рабочих температур от -40° до +70°С. изоляция провода эластична, малогорюча и обеспечивает высокую стойкость к воздействию влаги. Объемный электромонтаж применяется в межблочных и межузловых соединениях. Такой монтаж выполняют в соответствии с монтажной схемой по всему объему, в трех взаимно перпендикулярных плоскостях. Близко расположенные провода при укладке объединяют в один жгут. Прокладка проводов в жгут значительно упрощает выполнение электрического монтажа пооперационно: вязка жгута, разделка концов провода, крепление жгута и пайка его жил к соединительным разъемам, блокам, узлам.

В разрабатываемом источнике питания, жгут вяжем нитками 9Кр ПТУ17 РСФР 62-2710-80, жгут крепим с помощью скоб к каркасу прибора. Под каждой скобой устанавливаем прокладку из электрокартона в целях предохранения проводников от обрыва и порчи изоляции при ударах и вибрации.

Качество внешнего оформления источника питания зависит от того, насколько удачны средства обеспечения технических требований, сочетаются со средствами обеспечения технической эстетики. Цветовая окраска источника питания и его лицевой панели описана в разделе – «Выбор покрытия».

Для контроля параметров разрабатываемого источника питания приемлема автономная система контроля, которая компонуется из отдельных приборов. В комплект контрольно-измерительной аппаратуры должны входить: осциллограф, электронный вольтметр. В качестве контрольных точек на входе и выходе функциональных узлов допустимо использовать выводы печатных плат, в местах соединения их проводниками, с соответствующей маркировкой.

Проведенная детально-конструктивная проработка оптимального варианта конструкции источника питания показала, что разрабатываемый в проекте прибор, в целом отвечает требованиям технического задания по компоновке, законченности функциональных узлов, примененных в конструкции элементам и материалам, требованиям технической эстетики, ремонтопригодности, технологичности и безопасности.

2.5. 2.5. Выбор материалов, элементов и покрытий.

2.5.1. 2.5.1. Выбор элементов.

Правильно сделанный выбор элементов во многом определяет надежность блока, технологичность его конструкции, и в конечном счете, экономичность разрабатываемой конструкции в целом. Выбор элементов производится с учетом:

- - соответствия номиналов элементов указанным в схеме электрической принципиальной значениям;

- - наличия данных элементов на производстве;

- - технических требований предъявляемых к разрабатываемой конструкции;

- - экономической целесообразности.

Произведем выбор электрорадиоэлементов проектируемого прибора. Исходя из сказанного выше, в качестве постоянных резисторов выберем металлодиэлектрические резисторы типа МЛТ. Основным критерием их выбора является их низкая стоимость, распространенность, высокая стабильность, малая зависимость сопротивления от напряжения и частоты, низкая паразитная емкость и индуктивность, малые габариты.

В качестве электролитических конденсаторов оксидноаллюминиевые К50-35, т.к. обладая малыми габаритами, обеспечивают требуемые параметры, предназначены для печатного монтажа. Остальные конденсаторы - по перечню элементов.

Микросхемы серии К564, эта серия является современной, распространенной, имеет малые габариты, приемлемые параметры и стоимость.

В приборе имеются переключатели с помощью которых задаются различные режимы работы прибора. В качестве переключателей выбираем П2К, которые имеют достоинства: возможность установки их на печатной плате, они надежны и удобны в эксплуатации.

В качестве разъемов выбираем разъемы для установки их на печатной платеСНП 34С-135/132´9,4Р-22-В .

2.5.2. 2.5.2. Выбор материалов

Выбор материалов конструкции определяется, прежде всего, технико-экономическими требованиями.

Материалы, используемые в качестве основания печатных плат, должны обладать рядом свойств: достаточной прочностью, высокими изоляционными свойствами, низким водопоглащением. Кроме того, материал оснований печатных плат должен быть таким, чтобы при механической обработке (сверлении, штамповке, распилке) не образовались трещины, расщепления и неблагоприятные явления, влияющие на эксплуатационные свойства, а также на электрические параметры плат. Материал платы должен обеспечивать хорошую сцепляемость с токопроводящими покрытиями, иметь минимальное коробление в процессе эксплуатации и производства.

В настоящее время для производства узлов с печатным монтажом, широкое применение находят фольгированные диэлектрики: фольгированный гетинакс и фольгированный текстолит.

Исходя из сказанного, а также из условий эксплуатации, в качестве материала для изготовления печатных плат применяем фольгированный стеклотекстолит СФН-2-35-1,5, который обладает высокой механической прочностью, химической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами и низким влагопоглощением. По своей природе слоистые материалы чувствительны к проникновению влаги. Для устранения этого нежелательного явления и для придания узлам большей механической прочности, платы после монтажа покрываются защитным лаком. Каркас, применяемый в приборе, изготовлен из дюралюминия.

2.5.3. 2.5.3. Выбор покрытия

Выбор защитного покрытия производится с учетом функционального назначения детали (или узла), материала, способа изготовления, продолжительности и характера действия окружающей среды. Детали предназначенные для использования внутри блоков, должны защищаться металлическими покрытиями, окисными, пассивными пленками. Детали из сплавов Д16, расположенные внутри корпуса, защищаем аннодированием, вид покрытия – окисное, обозначение Ам.Окс.хр.

Поверхности деталей, непосредственно соприкасающих с внешней окружающей средой, защищаются лакокрасочными покрытиями с предварительным анодированием.

Лакокрасочные покрытия характеризуются удобством их нанесения, малой стоимостью и приемлемой долговечностью.

Корпус блока также подвергается анодированию. Затем наносится грунт ФЛ-03-К. толщина грунта должна быть не менее 40 мкм. Для выравнивания загрунтованной поверхности допускается шпаклевание пастообразной массой, максимальная толщина шпаклевки 0,4 мм. Большое значение, с точки зрения эстетики, имеет цвет покрытия. Для покрытия прибора используем «стойкие», малонасыщенные тона. Цвет передней панели должен быть светлее корпуса. Для передней панели используем серо-голубую нитроэмаль марки НЦ-25 МРТУ10-105-67.

Для корпуса источника питания используем черную эмаль марки МЛ-165. ГОСТ 12034-66.

Заполнение гравировок надписей – эмаль ХВ-16 черный МРТУ 10-705-67.

3. 3. Расчет теплового режима.

Подавляющее большинство РЭА лишь небольшую потребляемой от источников питания энергии выдают в виде полезной энергии сигналов, остальная часть преобразуется в тепловую энергию и передается в окружающую среду. Общий температурный фон устройства будет определятся удельной мощностью тепловыделения и плотностью теплового потока, проходящего сквозь кожух (корпуса) устройства.

Точный анализ температурного состояния РЭА связан с большими трудностями, которые объясняются сложностью конструкции происходящих в ней процессов, поэтому при изучении теплового режима РЭА применяют приближенное физико-математическое исследование и расчет теплоотвода в РЭА носит оценочный характер, необходимый для установления исходных параметров конструкции.

По соображениям экономичности, прежде всего, необходимо стремится к естественному охлаждению, принимая конструктивные меры к интенсификации передачи тепла в окружающее пространство или на другие части конструкции.

Естественное воздушное охлаждение возможно только при атмосферном давлении окружающего воздуха не ниже 53-60 кПа и при относительно невысокой температуре.

Естественное воздушное охлаждение в герметичных блоках позволяет отводить тепло при плотностях теплового потока до 0,05 Вт/см² , при перегрев внутри блока не превышает 30°С. такой перегрев допустим для аппаратуры, работающей в условиях близких к нормальным.

Целью расчета является определение температуры нагретой зоны и среды вблизи поверхности радиоэлементов, необходимых для расчета надежности блока. Расчет температуры производится для критического элемента, т.е. элемента, максимально допустимая температура, которого имеет наименьшее значение среди всех элементов, входящих в состав устройства.

Исходя из перечня элементов прибора определяем, что максимально допустимая рабочая температура большинства радиоэлементов не ниже +85°С (конденсаторы, резисторы, диоды, транзисторы). Самой низкой рабочей температурой обладает микросхема серии 564, которая составляет +70°С, поэтому расчет будем вести относительно микросхем указанной выше серии.

Расчет теплового режима проведем по методике, изложенной в [6], согласно которой он проводится в три этапа:

1. 1. Определение температуры корпуса.

2. 2. Определение сренеповерхностной температуры нагретой зоны.

3. 3. Определение температуры поверхности элемента.

Этап 1. Определение температуры корпуса.

1. 1. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока

, (3.1)

где Р₀ – мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты Р₀ =85 Вт;

S _к – площадь внешней поверхности корпуса блока (м² ).

, (3.2)

где L₁ ,L₂ , L₃ – длина, ширина и высота корпуса соответственно (м).

м² .

вт/м² .

Полученный результат не превышает 10³ Вт/м² , поэтому принимаем естественное воздушное охлаждение. Компоновка прибора предусматривает это. Печатные платы расположены вертикально, имеется перфорация корпуса.

2. 2. По графику приведенному на рис 4.10 [6], задаемся перегревом температуры корпуса прибора в первом приближении D t _к =16°С.

3. 3. Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней a _пв , боковой a _пб и нижней a _пн поверхностей корпуса прибора

, (3.3)

где e _i – степень черноты i – поверхности корпуса, определяется в зависимости от материала по таблице 4,9 [6]. e _н = e _в = e _б = 0,25 для алюминия.

.

4. 4. Для определяемой температуры t_m =t₀ + D t_k =25+16=41 ° C , рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса

, (3.4)

где L _{опр. i} – определяющий размер i -ой поверхности;

b _m – коэффициент объемного расширения для газов b _m =(t_m +273)^-1 ;

q – ускорение свободного падения 9,8 м/с² ;

V_m – кинетическая вязкость газов, определяется из таблицы 4.10 [6] для определяющей температуры t_m V_m =1,6×10⁵ м² /с.

.

5. 5. Определяем число Прандтля Pr , которое определяется из таблицы 4.10 [6], для определяющей температуры Pr = 0,701.

6. 6. Определяем режим движения газа обтекающего каждую поверхность корпуса

(3.5)

. (3.6)

Из полученных результатов в соответствии с данными [6] , делаем заключение, что для прибора имеет место ламинарный режим движения воздуха.

7. 7. Рассчитываем коэффициент теплообмена конвенцией для каждой поверхности корпуса прибора a _ki

Для данного режима , (3.7)

где l _m – теплопроводность воздуха определяется по таблице 4.10 [6] для определяющей температуры t_m .

l _m =2,68 × 10^-2 (Вт/мк),

N_i – коэффициент учитывающий ориентацию поверхностей корпуса (0,7 – для нижней поверхности, 1- для боковой, 1,3 – для верхней поверхности).

8. 8. Определим тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой s _к

, (3.8)

где S _н , S _б , S _в – площади нижней, боковой и верхней поверхностей соответственно.

S _н = S _в = L₁ L₂ = 0,48×0,28=0,1344 (3.9)

S _б =2 L₃ (L₁ +L₂ )= 2×0,3(0,48+0,28)=0,456 (3.10)

s _к = (2,64+2,3)×0,1344+(3,7+2,3)×0,456+(2,64+2,3)×0,1344=0,572

9. 9. Рассчитаем перегрев корпуса во втором приближении D t _ко .

, (3.11)

где k _{н i} – коэффициент, учитывающий атмосферное давление k _{н 1} =1;

k _кп – коэффициент, зависящий от коэффициента перфорации k _п , определяется по графику 4.11.

, (3.12)

где S _п – площадь перфорации отверстий S _п =20×10^-3 м² .

k _п =0,086 , k _кп =0,94

.

10.10.Определяем ошибку расчета:

11.11.Рассчитываем температуру корпуса, °С;

(3.13)

Этап 2. Определение среднеповерхстной температуры нагретой зоны.

1. 1. Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны q₃ .

, (3.14)

где l₁ , l₂ , l₃ – длина, ширина и высота нагретой зоны.

2. 2. Из графика [6] находим в первом приближении перегрев нагретой зоны относительно окружающей среды D t₃ = 8.

3. 3. Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижней a _элн , верхней a _элв и боковыми a _элб поверхностями нагретой зоны и корпуса.

, (3.15)

где e _mi – приведенная степень черноты i –ой поверхности нагретой зоны и корпуса

, (3.16)

где e _{з i} и S _{з i} – приведенная степень черноты i -ой поверхности нагретой зоны

,

,

,

,

,

.

4. 4. Для определяющей температуры t_m =(t _к +t₀ + D t _з )/ 2= (38,96+25+8)/2=35,48 и определяющего размера i-ой поверхности находим числа Грасгофа и Грандтля:

,

,

Pr=0,701

5. 5. Рассчитываем коэффициенты конвенционного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности.

Для нижней поверхности (3.17)

Для верхней поверхности Gr =2,906×10⁶ , поэтому a _з.к.в определяем по формуле

(3.18)

Для боковой поверхности Gr_б Pr= 3,415×10⁶ ×0,701=2,394×10⁶ , a _з.к.б определяется по формуле:

(3.19)

6. 6. Определяем теплопроводность между нагретой зоной и корпусом

(3.20)

7. 7. Рассчитываем нагрев нагретой зоны во втором приближении

(3.21)

8. 8. Определяем ошибку расчета

(3.22)

Так как погрешность нагретой зоны составляет менее 0,1, то расчет выполнен правильно, поэтому после определения температуры нагретой зоны t _з = t₀ + D t _з0 =8,32 можно перейти к расчету поверхности элементов.

Этап 3. Расчет температуры поверхности элемента

1. 1. Определяем эквивалентный коэффициент теплопроводности. Т.к. теплопроводные шины отсутствуют, то , где l _n – теплопроводность материала основания печатной платы, для стеклотекстолита l _n =0,3.

2. 2. Определяем эквивалентный радиус микросхемы (м).

(3.23)

где S _осн –площадь основания микросхемы.

По ГОСТ 17467-79 корпус микросхемы имеет размеры (19,2´7,3´5) мм, тогда S _осн =1,4×10^-4 м² .

3. 3. Определим площадь поверхности микросхемы

S _ис =0,0192×0,0073×2+0,0073×0,005×2+0,0192×0,005×2=5,45×10^-4 м² .

4. 4. Рассчитаем коэффициент распределения теплового потока

, (3.24)

где a ₁ , a ₂ – коэффициенты естественного теплообмена с1-ой и 2-ой сторонами печатной платы. Для естественного теплообмена

a ₁ + a ₂ =17 Вт/м² К

d _п – толщина печатной платы 1,5 мм.

.

5. 5. Определим перегрев корпуса микросхемы

(3.25)

где В и М – условные коэффициенты, введены для упрощения формы записи, при одностороннем расположении микросхем В=8,5 p R² , М=2 ;

К – эмпирический коэффициент, для корпусов, центр которых отстоит от торца платы на расстоянии менее 3 R - К=1,44;

d _з – зазор между печатной платой и микросхемой d _з =0,001 м;

l _з – коэффициент теплопроводности материала заполняющего зазор: для воздуха l _з =2,68×10^-2 Вт/мК;

Q _ис – мощность, рассеиваемая микросхемой;

К_а – коэффициент теплоотдачи от корпуса микросхемы, определяется по графику [6]К_а =40 Вт/м² К;

D t _в – среднеобъемный перегрев воздуха в блоке (°С)

(3.26)

5. 5. Определим температуру корпуса микросхемы

°С (3.27)

При расчете теплового режима прибора получили, что корпус микросхемы имеет температуру 34,2°С. Это значение меньше предельно допустимой (+75°С) температуры корпуса, следовательно, обеспечивается нормальный тепловой режим при естественном охлаждении. Принудительной вентиляции не требуется.

4. 4. Расчет надежности.

Анализ безотказности прибора.

Отказы конструкции, которые характеризуют безотказность, долговечность и сохраняемость, имеют общий физико-химический механизм.

Рассмотрим безотказность прибора с точки зрения физического износа. Физический износ – износ материальной части изделия до такого состояния, при котором дальнейшая эксплуатация его не возможна, а восстановление изношенных частей экономически не целесообразно. Физический износ наступает вследствие потери размеров деталей, обгорания контактов, естественного старения материалов. Для РЭА особо характерными формами материального износа являются изменение физических и химических параметров электрорадиоэлементов. Рассматривая разрабатываемый источник питания с этих точек зрения необходимо отметить, что применяемые в конструкции источника питания электрорадиоэлементы, материалы, покрытия и технологии их изготовления обеспечивают сохраняемость прибора во все время его эксплуатации, а значит и безотказность.

Рассмотрим безотказность прибора с точки зрения разновидностей отказов. Отказы отличаются друг от друга моментом возникновения в течение срока службы прибора: отказы внезапные, износовые и приработочные.

Внезапные отказы имеют случайный характер и составляют две трети всех отказов, наблюдаемых при эксплуатации длительно используемой РЭА.

Износовые отказы проявляются к концу службы прибора. С приближением конца срока, т.е. предельного состояния, число износовых отказов резко возрастает.

Приработочные отказы имеют максимум непосредственно после изготовления изделия и играют в это время главную роль. Поэтому, необходимо, чтобы период с максимумом приработочных отказов приходился на время когда изделие еще не передано потребителю, т.е. эксплуатация еще не началась. С этой целью вводят в технологический процесс изготовления прибора период прогона, имитирующий начальную фазу эксплуатации, что позволяет устранить приработочные отказы еще до начала эксплуатации прибора у потребителя. В период проведения опытно-конструкторских работ по проектированию прибора и изготовлению опытного образца во всех случаях проводят лабораторно-стендовые испытания с имитацией воздействующих факторов заложенных в технические условия на данный прибор. Целью проведения лабораторно-стендовых испытаний является выявление возможных отказов и выработка рекомендаций по их устранению.

Важнейшим показателем качества конструкции является надежность.

С учетом того, что разрабатываемая конструкция является прибором эксплуатируемым в помещении АТС, где неблагоприятные воздействия окружающей среды не оказывают на него вредное влияние, то требования к надежности упрощаются, так как прибор предусматривает эксплуатацию в нормальных условиях. В процессе эксплуатации электронного узла на его элементы воздействуют как внутренние, так и внешние факторы. Все это в совокупности с естественным старением приводит к тому, что изменяются механические и электрические параметры материалов. В конечном итоге, указанные факторы могут приводить к отказу РЭА. При разработке РЭА, еще на стадии проектирования закладывается вполне определенный уровень надежности устройства.

Правильность выбора комплектующих, из которых строится РЭА, имеет принципиальное значение для обеспечения ее надежности. Прогресс в развитии РЭА обеспечивается прогрессом в развитии элементной базы.

Основой элементной базой современной РЭА являются микросхемы, благодаря своей высокой надежности.

Основной характеристикой надежности объекта (системы, устройства) является вероятность Р(t) его безотказной работы в течение времени t .для определения Р(t) удобно использовать понятие интенсивности отказов l(t) , т.е. число отказов в единицу времени.

Анализ принципиальной и структурной схемы прибора показывает, что прибор является не резервируемой аппаратурой, при этом подразумевается, что все элементы в схеме включены последовательно. Вероятность безотказной работы такой системы в течении заданного времени определяется по формуле:

, (4.1)

где l _i - интенсивность отказов элементов с учетом условий эксплуатации (1/ч);

t_p – заданное время работы (ч);

n – количество отказов

, (4.2)

где l _0i – номинальная интенсивность отказов;

к₁ – коэффициент зависимости от ударных нагрузок;

к₂ - коэффициент зависимости от воздействия вибрации;

к₃ – коэффициент, зависящий от атмосферного давления;

к₄ - коэффициент, зависящий от влажности и температуры

Так как прибор эксплуатируется в лабораторных условиях, то коэффициенты к₁ =к₂ =к₃ =к₄ =1 .

На основании схемы электрической и справочных данных были определены номинальные интенсивности отказов элементов схемы и коэффициенты нагрузки a _i (T,k_n ) . Полученные данные сведены в таблицу

Для расчета надежности источника питания, сводим в таблицу интенсивности отказов элементов.

Интенсивность отказов элементов. Таблица 4.1.

На графике рис.4.1. приведена зависимость вероятности безотказной работы прибора для различного времени наработки в интервале 0¸10000 часов.

Среднее время наработки на отказ исходя из суммарной интенсивности отказов:

ч. (4.3)

Рис.4.1. График вероятности безотказной работы.

5. 5. Разработка структурной схемы

специализированного источника питания.

Так как источник питания малошумящий и должен обеспечивать требования ТЗ по первой составляющей на выходе, то невозможно применение импульсных стабилизаторов.

При наличии первого линейного стабилизатора мощность на проходных транзисторах составит 510 Вт в худшем случае. Поэтому необходимо введение еще одного стабилизатора, поддерживающего напряжение на проходных транзисторах минимально возможным. Исходя из этого, применяется дополнительный тиристорный стабилизатор.

При разработке структурной схемы опираемся на то, что, на выходе должны получить напряжение от 15 до 35. В и мощность 250 Вт при питании 220 В частотой 50Гц.

Для фильтрации пульсаций напряжения применяем LC фильтры.

В ТЗ предусмотрена защита по току. Для этого ставим на выходе датчик тока и подаем полученное значение тока на элемент преобразования тока в напряжение. Это напряжение подаем на систему развязки по обратным связям. Если на выходе мы получим не ноль, то усилитель ошибки усиливает и подает полученное напряжение снова на эту цепь, пока после развязки напряжение не будет равно нулю.

С датчика тока через преобразователь тока в напряжение, где идет сравнение полученного напряжения и опорного напряжения подается на опознаватель режима стабилизации тока, где узнается больше ли значение выпрямленного тока, чем нужно.

С опознавателя режима стабилизации тока подается напряжение на формирователь образцовой длительности, где получаем сигнал с нужной нам длительностью. Далее сигнал образцовой длительности сравнивается с длительностью полученного сигнала в формирователе выключения по длительности, и если значение полученного тока выше номинального, то формирователь выключения подает команду на отключение блока.

Далее необходимо сделать, чтобы на проходных транзисторах была как можно меньше потеря мощности. Для этого мы снимаем значение падения напряжения на проходных транзисторах и через компаратор сравниваем его с опорным напряжением. Если значение падения напряжения находится в интервале 2 – 4 В, то анализатор состояния не дает импульсы на счетчик, который в свою очередь не меняет состояние. Если значение напряжения выходит за пределы интервала 2 – 4 В, то анализатор состояния по одному каналу подает импульсы на счетный вход двоичного счетчика, а по другому информацию: складывать количество импульсов или вычитать. Двоично-десятичный дешифратор выбирает рабочую пару тиристоров, на которую разрешается прохождение гальванических развязанных импульсов управления частотой 100 Гц.

6. 6. Технологическая часть

6.1 6.1 Выбор и обоснование технологического

процесса изготовления печатной платы

Существуют разнообразные методы изготовления печатных плат, отличающиеся друг от друга способом создания проводящего покрытия. Получившие наибольшее применение в промышленности методы изготовления печатных плат могут быть объединены по технологическим признакам в три основные группы.

Первая группа - получение печатных проводников осаждением электролитической меди на изоляционное основание. Для этого используют следующие методы: фотоэлектрохимический, офсетноэлектрохимический, сеточноэлектохимический, прессоэлектрохимический.

Вторая группа - получение печатных проводников травлением фольгированного изоляционного материала. Для этого используют следующие методы: фотохимический, офсетнохимический, сеточнохимический.

Третья группа – комбинированные методы изготовления печатных плат.

Для изготовления двухсторонних печатных плат применяют комбинированные методы, в которых печатные проводники получают путем химического травления фольги, а межслойные электрические соединяются путем металлизации монтажных отверстий.

Существуют две разновидности комбинированного метода:

1. 1. Негативный вариант.

2. 2. Позитивный вариант.

В негативном варианте печатные проводники получают с негатива их изображения. Однако позитивный вариант обеспечивает следующие преимущества. При позитивном варианте комбинированного метода в отличии основные операции проводят до химического травления фольги, что обеспечивает следующие преимущества этого метода: предотвращается срыв печатных проводников и контактных площадок при сверлении монтажных отверстий, т.к. сверление проводится до формирования проводников в фольге заготовки; для гальванической металлизации отверстий не требуется контактного приспособления; во время металлизации отверстия значительно сокращается вредное воздействие сильных химических реагентов на диэлектрик печатных плат. Учитывая двухстороннюю конструкцию печатных плат источника питания, требуемую по ТЗ точность их изготовления, а также преимущества комбинированного позитивного метода разрабатываем технологический процесс изготовления печатной платы позитивным комбинированным методом, который заключается в следующем. На заготовке печатной платы формируют защитный рисунок светочувствительной эмульсии, защищая его лаком, сверлят монтажное отверстие, которое затем металлизируют химическим меднением с последующим гальваническим наращиванием слоя меди. После этого печатные проводники защищают гальваническим осаждением сплава олова-висмут. Удаляется защитный слой фотоэмульсии и производится химическое травление меди с пробельных мест. Технологический процесс изготовления печатной платы разработан на технологических картах и представлен в приложении.

6.2 6.2 Технологическое приспособление для изготовления печатной платы.

Радиоэлектронная аппаратура в последние годы выпускается в возрастающих количествах. Это характеризуется многообразием технологических процессов, сложностью применяемого оборудования, оснастки, приспособлений.

Но для решения полностью такой задачи необходимо широкое внедрение автоматизации и механизации производственного процесса, что влечет за собой не только большие возможности роста объема производства, повышения производительности и облегчения условий труда, снижение себестоимости, но и коренного усовершенствования производственных процессов, обеспечивающих улучшение качества изделий.

При изготовлении печатных плат, одной из трудоемких операций является разметка и сверление монтажных отверстий.

При крупносерийном производстве печатных плат целесообразным является штамповка отверстий, которая резко снижается вместе с трудоемкостью этой операции, но требует изготовления дорогостоящих штампов. Затраты на изготовление штампов не оправдываются при мелкосерийном производстве печатных плат. В таких случаях отверстия выполняются методом сверления. Анализ показывает, что при сверлении как правило бывает большой процент брака и низкая производительность, что в конечном итоге приводит к увеличению трудоемкости.

Разработанное приспособление – кондуктор упрощает процесс сверления отверстий и позволяет получить увеличение производительности.

Кондуктор состоит из следующих основных деталей:

- - основание (1), в двух верхних проушинах которого при помощи оси (7) закрепляется кондукторная плита (2);

- - откидной болт (4) с гайкой барашком (5), закрепленные на боковой проушине основания (1), при помощи оси (6) с шайбой (8) и шплинтом (9);

- - накладки (3) впрессованной в основание (1).

Принцип работы. Перед сверлением откидной болт (4) с гайкой отводятся в сторону, кондукторная плита (2) поворачивается, на базирующие накладки (3) устанавливается заготовка, после этого плита (2) возвращается в исходное состояние на осях (7). Откидной болт (4) вводится в паз плиты, гайка (5) закручивается, при этом заготовка закрепляется плитой (2) на накладках (3), после чего производится последовательное сверление заготовки плиты через отверстие кондукторной плиты. По окончании сверления гайка (5) отворачивается и откидывается с болтом (4) в сторону, плита откидывается, извлекается заготовка печатной платы, выметается стружка, устанавливается следующая заготовка и цикл повторяется.

6.3. 6.3. Расчет усилия вырубки платы по контуру и обоснование выбора пресса.

Для выбора пресса проведем расчет усилия вырубки по контуру печатной платы.

Исходные данные для расчета:

- - размер платы 170´200 мм;

- - материал платы –стеклотекстолит фольгированный марки СФ-2-35-1,5;

- - толщина материала 1,5 мм;

- - сопротивление срезу стеклотекстолита t = 9 × 10⁷ Па .

Выбор пресса для установки на него штампа сделан на основании расчета по методике изложенной в [5].

Р_общ. = Р₁ + Р₂ + Р₃ + Р₄ ; (6.1)

Определяем усилие вырубки печатной платы.

Р₁ = П × H × t × k₁ , (6.2)

где L - суммарная длина контуров вырубаемых и пробиваемых отверстий в мм

H - толщина материала, мм;

k₁ = 1,3 - коэффициент запаса прочности.

Р₁ = (200 + 170) × 1 ,5 × 10^-3 × 2 × 10^-3 × 9 × 10⁷ × 1,3 = 129870 Н.

Определяем усилие прижима

Р₂ = П × H × g (6.3)

где g - удельное давление прижима = 1,5 × 10⁷

Р₂ = 0,74 × 1,5 × 10^-3 × 1,5 × 10⁷ = 16650 Н.

Определяем усилие проталкивания

Р₃ = k₂ × Р₁ (6.4)

где k ₂ = 0,08 - коэффициент зависящий от механических свойств материала платы

h - высота цилиндрического пояска матрицы .

Р₃ = 0,08 × 129870 = 10389,6 Н

Определяем усилие снятия отходов и детали с пуансона

Р₄ = k_сн × Р₁ (6.5)

где k _сн = 0,06 - коэффициент зависящий от толщины материала и типа штампа

Р₄ = 0,06 × 129870 = 7792,2 Н

Р_общ = 129870 + 16650 + 10389,6 + 7792,2 = 164701,8 Н

На основании выполненного расчета выбираем однокривошипный пресс простого действия модели К2122 с параметрами: номинальное усилие – 160 кН, ход ползуна – (10 – 55) мм; число ходов ползуна – 120 в минуту.

6.4 6.4 Расчет исполнительных размеров пуансона и матрицы вырубного штампа.

Для определения исполнительных размеров пуансона и матрицы вырубного штампа для обработки печатной платы по контуру воспользуемся следующими данными:

- - размер платы 200´170 мм;

- - материал платы –стеклотекстолит фольгированный марки ССФ-2-35-1,5;

- - толщина материала 1,5 мм;

- - степень точности изготовления платы 13 квалитет.

Расчет выполнен по методике изложенной в [5].

Так как толщина платы не превышает 2 мм, то вырубку платы будем вести без подогрева. Определяем исполнительные размеры матрицы и пуансона:

; (6.6)

; (6.7)

где D _м - номинальный размер вырубаемой детали, мм;

d - допуск на соответствующий размер вырубаемой детали, мм;

d _м и d _п - допуски на изготовления режущего контура матрицы и пуансона;

D - номинальный технологический зазор между пуансоном и матрицей

В соответствии с требуемой степенью точности изготовления печатной платы имеем следующие допуски вырубаемого контура 200_-0,63 ´170_-0,63 .

Из таблицы 2.10 [5] выбираем D=0,06, тогда исполнительные размеры матрицы и пуансона по длине и ширине соответственно составят:

А_м =200-0,63+ d _м =199,37^{+ d м} ;

А_н =200-0,63-0,06- d _п =199,31_{- d п} ;

В_м =170-0,63+ d _м =169,37^{+ d м} ;

В_н =170-0,63-0,06- d _п =169,31_{- d п} ;

Для получения размеров платы, соответствующих 13-му квалитету точности, пуансоны и матрицу следует изготовить по 10-му квалитету, которому соответствует допуск 160 мкм. С учетом этого допуска размеры матрицы и пуансона составят:

А_м =199,37^+0,16 ; А_н =199,31_-0,16 ;

В_м =169,37^+0,16 ; В_н =169,31_-0,16 .

7. 7. Инструкция по эксплуатации, измерение параметров,

регулирование и настройка источника питания

Перед включением источника питания необходимо ознакомится с органами управления, расположенными на лицевой панели. Для приведения в рабочее состояние источника питания и поддержания его длительной работоспособности необходимо точно выполнять требования инструкции.

При работе с ИП обслуживающий персонал должен соблюдать правила техники безопасности для электроустановок с напряжение до 1000 В.

В целях обеспечения безопасности обслуживающего персонала металлические нетоковедущие части ИП должны быть соединены с болтом «земля». Болт «земля» на месте эксплуатации заземляется. Обслуживающим персоналом периодически должна производится проверка надежности мест соединения передней панели, кожуха и магнитопроводов моточных элементов с заземленной панелью ИП.

7.1. 7.1. Включение ИП на активную нагрузку.

Источник питания должен быть проверен и настроен отдельно на омическую переменную нагрузку, которая выбирается в соответствии с выходными параметрами.

Перед включением ИП:

- - подключите нагрузку к выходным клеммам ИП и установите ее сопротивление, соответствующее напряжение 24 В при токе, равном 50% максимального тока ИП;

- - подключите последовательно с нагрузкой амперметр постоянного тока класса точности не хуже 1,5, со шкалой, соответствующей , примерно, 200% максимального тока ИП;

- - подключите к выводным клеммам ИП вольтметр постоянного тока класса точности не хуже 0,5;

- - подключите сетевую вилку к регулируемой сети переменного тока и установите номинальное напряжение 220 В;

- - тумблер (11) установите в положение ВКЛ;

- - переключатель (12 ) установите в нажатое положение;

- - вольтметр и амперметр, подключенные на выходе ИП должны показывать напряжение и ток; плавно изменяя сопротивление переменного резистора (16), установите на выходе ИП напряжение 24 В.

7.2. 7.2. Проверка диапазона регулирования выходного напряжения ИП.

Включите ИП и, плавно изменяя сопротивление переменного резистора (16), произведите регулирование выходного напряжения ИП в пределах 15¸35 В. Установите на выходе ИП напряжение 24 В, точная настройка напряжения осуществляется переменным сопротивлением (17).

7.3. 7.3. Ограничение выпрямленного тока.

Настраивайте ограничение по току в режиме стабилизации напряжения на 120 +5% от максимального выходного тока ИП:

- - установите сопротивление нагрузки соответствующее 120% максимального тока ИП и напряжению эксплуатации;

- - выверните переменное сопротивление «РЕГУЛИР ТОКА ЗАЩ» до упора влево;

- - включите ИП и установите эксплутационное напряжение;

- - уменьшите нагрузочным сопротивлением ток нагрузки до 100% максимального значения тока ИП, при этом выходное напряжение ИП должно оставаться таким же;

- - установите сопротивление нагрузки, соответствующее 120% максимального тока ИП, включите ИП;

- - настройку срабатывания защиты при заданном токе нагрузки осуществляйте сопротивлением «РЕГУЛИР ТОКА ЗАЩ»

- - при срабатывании защиты ИП автоматически выключается и на передней панели загорается индикатор «ЗАЩ», сброс защиты осуществляется нажатием кнопки (12).

7.4. 7.4. Измерение величины пульсации выпрямленного напряжения

Произведите измерение пульсации выпрямленного напряжения на активной нагрузке сопротивлении нагрузки соответствующей максимальному току и напряжению эксплуатации ИП, величина пульсации, измеренная псофометром, не должна превышать 100 мкВ псофометрических.

8. 8. Организационно-экономическая часть.

Целью разработки данного дипломного проекта является улучшение характеристик и снижение себестоимости изделия по сравнению с существующими аналогами. В результате был разработан специализированный источник питания для АТС (ИП), который значительно превосходит по своим техническим характеристикам аналогичные изделия. Еще одним из критериев является экономическая целесообразность изготовления прибора – принесет ли данное изделие прибыль и стоит ли его разрабатывать с этой целью.

8.1 8.1 Организация и планирование ОКР с применением методов СПУ.

Наиболее сложным и ответственным разделом организации и планирования НИОКРР является определение трудоемкости, так как трудовые затраты часто составляют основную часть стоимости темы и непосредственно влияют на срок ее разработки.

Трудоемкость разработки этапов ОКР (нормо-ч) – определяется;

; (8.1)

где t_р.д – доля трудоемкости этапа «Разработка рабочей документации» в общей трудоемкости выполнения ОКР, доли единиц (0,6);

К _сн - коэф. снижения трудоемкости (0,6);

Т_окрi - трудоемкость i – го этапа ОКР, час.

n_ч - количество чертежей формата А1, 34 листа;

t_ч - удельная трудоемкость выполнения одного чертежа (25..30 ч.);

К_у - коэф. учитывающий группу сложности, К_у =1.25;

Д_i – трудоемкость соответствующего i – го этапа в общей трудоемкости НИР, %.

нормо-ч

Распределение трудоемкости по этапам ОКР представлено в табл. 8.1.

Таблица 8.1

----------------------------------------------------------

Nп/п Стадии ОКР Трудоемкость %

-- --------------------------------------------------------

1.Разработка технического задания 2,5

2.Разработка технологического предложения 2,5

3.Разработка эскизного проекта 15,0

4.Разработка технического проекта 20,0

5.Разработка рабочей документации 60,0

в том числе:

а)изготовление опытного образца 30,0

б)разработка конструкторской документации 25,0

в)гос. испытания опытного образца и

корректировка КД 5,0

ИТОГО 100,0

-----------------------------------------------------------

Трудоемкость на каждом этапе

, (8.2)

где Д_окрi - трудоемкость соответствующего i – го этапа в общей трудоемкости ОКР, %;

Т₁ = 23,8 нормо-ч

Т₂ = 23,8 нормо-ч

Т₃ = 142,8 нормо-ч

Т₄ = 190,4 нормо-ч

Т₅ = 571,2 нормо-ч

Состав исполнителей соответствующего этапа ОКР

, (8.3)

где И_i – количество исполнителей соответствующего этапа ОКР;

Т_i - трудоемкость этапа ОКР;

К_кл - коэф. перевода рабочих дней в календарные, К_кл = 365 / 252 = 1,4 ;

F_дн - действительный фонд времени одного исполнителя, чел.-час;

П_дир - заданная продолжительность выполнения работ, (120…140 кал.дн);

чел-час.,

где F_н - номинальный сменный фонд времени; F_н =8,0 час;

a - плановые потери сменного рабочего времени,12%.

И₁ = 0,05 И₂ = 0,05 И₃ = 0,28 И₄ = 0,38 И₅ = 1,13

Общая численность исполнителей ОКР – 1,89

Расчеты по определению трудоемкости и продолжительности отдельных этапов ОКР, количество исполнителей сводим в таб. 8.2.

Таблица 8.2.

На основании рассчитанных этапов и видов работ строится сетевой график выполнения ОКР, результаты расчетов которого приведены в приложении.

Таблица 8.3.

Картотека событий по подготовке производства и изготовлению блока.

Таблица 8.4.

8.2 8.2 Составление и расчет сетевого графика

На основании рассчитанных числа исполнителей и продолжительности этапов и видов работ строится сетевой график.

Длительность критического пути складывается из продолжительности работ, лежащих на этом пути. Для построения сетевого графика разработки устройства составляется перечень основных работ (там же). Расчет параметров сетевого графика осуществлен на компьютере IBM PC с использованием соответствующей программы. Расчет сетевого графика приведен в приложении.

В результате вычислений были получены следующие показатели сетевого графика:

1) 1) Тр(i) - ранний из возможных сроков наступления события i;

2) 2) Тр(j) - ранний из возможных сроков наступления события j;

3) 3) Тп(i) - поздний из допустимых сроков наступления i;

4) 4) Тп(j) - поздний из допустимых сроков наступления j;

5) 5) R(j) - резерв времени наступления события j;

6) 6) Rп(i,j) - полный резерв времени работы (i,j);

7) 7) Rc(i,j) - свободный резерв времени работы (i,j);

8) 8) Кн(i,j) -коэффициент напряженности работы (i,j);

Ранний из возможных сроков наступления события Тр(i) – это срок, необходимый для выполнения всех работ, предшествующих данному событию, рассчитываемый по формуле.

Тр(i) = t [ Lmax(I-i) ], (8.4)

где t - время,

Lmax(I-i) - максимальный путь от исходного события до данного,

I - исходное событие,

i - данное событие.

Поздний из допустимых сроков Тп(i) - такой срок наступления события, превышение которого вызовет задержку завершающего. Расчет ведется по формуле.

Тп(i) = t [Lкр] - t [Lmax(i-C)], (8.5)

Где Lкр - длительность критического пути,

Lmax(i-C) - максимальный путь от данного события до завершающего,

С - завершающее событие.

Резерв времени события определяется как разность между поздним и ранним сроками наступления события.

R(i) = Тп(i) - Тр(i) (8.6)

Полный резерв времени работы - это максимальное количество времени, на которое можно увеличить продолжительность данной работы, не изменяя длительности критического пути. Определяется по формуле.

Rп(i,j) = Тп(j) - Тр(j) - Т(i,j), (8.7)

где Т(i,j) - длительность работы (i,j).

Коэффициент напряженности работы - это отношение продолжительности не совпадающих, заключенных между одними и теми же событиями, отрезков пути, одним из которых является путь максимальной продолжительности, проходящий через данную работу, а другим - критический путь. Рассчитывается по формуле.

Кн(i,j) = [t(Lmax) - t'(Lкр)] / [t(Lкр) - t'(Lкр)], (8.8)

где t'(Lкр) - совпадающая с критическим величина отрезка пути;

t(Lmax) - продолжительность максимального пути через данную работу;

t(Lкр) - продолжительность критического пути.

8.3 8.3 Расчет затрат на проектирование и использование специализированного источника питания для АТС.

8.3.1 8.3.1 Определение плановой себестоимости проведения ОКР.

При планировании себестоимости НИОКР должно быть обеспечено полное и достоверное отражение всех видов расходов связанных с их выполнением.

В процессе калькулирования себестоимости ОКР используется следующая группировка затрат по статьям, представленная в таб. 8.5.

Калькуляция плановой себестоимости.

Таблица 8.5.

-------------------------------------------------------------

N Наименование статей затрат Сумма, руб

-------------------------------------------------------------

1 Материалы, покупные изделия 120

2 Спец. оборудование для научных работ -

3 Основная зарплата 6681,2

4 Дополнительная зарплата 801,7

5 Отчисления на соц. обеспечение 2881,0

6 Научные и производственные командир. 308,3

7 Оплата работ сторонних организаций -

8 Прочие прямые расходы 168,2

9 Накладные расходы 4008,7

ИТОГО 14969,1

1. 1. Материалы и покупные изделия включают в смету прямых и косвенных расходов. Расчет стоимости материальных затрат производится по действующим прейскурантам или договорным ценам. В эту статью включаются затраты на оформление документации (чертежная бумага, калька, тушь, канцелярские принадлежности и т.д.).

2. 2. Специальное оборудование для научных работ. При приобретении спецоборудования необходимо учесть затраты по его доставке и монтажу в размере 15% от его цены

3. 3. Основная зарплата - осн. зарплата + 30% премии

4. 4. Дополнительная зарплата - 12% от основной

5. 5. Отчисление на соц. нужды - 38% от суммы основной и дополнительной зарплаты.

6. 6. Научные и производственные командировки - 10% от суммы основной и дополнительной зарплаты.

7. 7. Прочие прямые расходы - 3% от основной зарплаты.

8. 8. Накладные расходы - 60% от основной зарплаты.

Расчет основной заработной платы сводится в табл. 8.6.

Таблица 8.6.

Заработная плата с учетом размера премий:

(руб)

8.3.2. 8.3.2. Определение прибыли и договорной цены

Плановая прибыль по каждой конкретной теме ОКР.

П = Ц_д – С_п ,руб., (8.9)

где Ц_д - договорная цена по теме, руб.

С_п - плановая себестоимость темы, руб.

Договорная цена должна обеспечивать получение прибыли достаточной для отчисления средств в госбюджет, а также для образования средств на цели социального и производственного развития.

руб. (8.10)

где ФЗП - заработная плата сотрудников, участвующих в выполнении НИР, руб.

Н_р - нормативная рентабельность, 25%

К_у.п - коэф. учитывающий заработную плату обслуживающего и управленческих подразделений, 1,4.

руб.

8.4. 8.4. Расчет затрат на изготовление опытного образца электронного устройства и предпроизводственных затрат.

Затраты на изготовление опытного образца рассчитываются по формуле.

С_оп =[М(1+К_тр )+З_пл + З_пл.осн × К_косв ](1+К_вн ), (8.11)

где М - затраты на материалы, покупные комплектующие.

К_тр - коэф. учитывающий транспортно-заготовительные расходы, принимается 0,04.

З_пл - заработная плата научно-производственного персонала.

З_пл.осн – основная заработная плата основного производственного персонала, руб.

З_пл =З_тар × 1,2 × 1,1 × 1,385 (8.12)

где З_тар - тарифная оплата научно-производственного персонала;

1,2 - коэф. учитывающий премию;

1,1 - коэф. учитывающий дополнительную зарплату;

1,385 - коэф. учитывающий отчисления на социальное обеспечение;

К_осв - коэф. учитывающий косвенные расходы, К_косв =2,0 ¸ 2,5;

К_вн - коэф. учитывающий внепроизводственные расходы К_вн =0,05.

Опытный образец изготавливается за 10 рабочих дней техником и руководителем. Следовательно, тарифная оплата вычисляется:

руб.

З_пл =×295,4 × 1,2 × 1,1 × 1,385 = 540 руб.

Основная заработная плата руб.

С_оп =[500 × (1+0,04) + 540 + 354.48 ×2] × (1+0.05) = 1857,408 руб.

Предпроизводственные затраты определяются по формуле

З_предпр = З_окр + С_оп + З_с.об , (8.13)

где З_окр - затраты на калькуляцию темы,

С_оп - затраты на изготовление опытного образца,

З_с.об - затраты на подготовку образца серийного производства.

З_с.об =1,3 × (З_окр + С_оп ) , (8.14)

З_с.об. =(14969,1 + 1857,408) × 1.3 = 2609,2274 руб.

З_пред. =14969,1 + 1857,4+ 2609,2274 = 19435,7274 руб.

8.5. 8.5. Расчет затрат на изготовление проектируемого электронного устройства, лимитной цены.

Для определения затрат на изготовление проектируемого электронного устройства составляется калькуляция по соответствующим статьям, перечисленным в таб. 8.7.

Калькуляция себестоимости проектируемого ИП. Таблица 8.7.

---------------------------------------------------------

N Наименование статей калькуляции Сумма руб

---------------------------------------------------------

1 Основные материалы 520

2 Вспомогательные материалы для технологических

целей 20,8

3 Основная зарплата основного производственного 43,68

персонала

4 Дополнительная зарплата 6,55

5 Отчисление на социальные нужды 19,34

7 Расходы на содержание и эксплуатацию

оборудования и транспортных средств 52,42

8 Общепроизводственные расходы 48,05

9 Общехозяйственные расходы 30,58

10 Внутрипроизводственные расходы 22,24

ИТОГО 763,66

1. 1. Основная зарплата – тарифная оплата +30% от тариф. зарплаты.

2. 2. Дополнительная зарплата - 15% от п1

3. 3. Отчисление на соц. обеспечение – 38,5% от п1+п2.

4. 4. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования и транспортных средств 120% от п1.

5. 5. Общепроизводственные расходы -100% от п1.

6. 6. Общехозяйственные расходы - 70% от п.1.

7. 7. Внепроизводственные расходы -3% от суммы 9-ти пунктов таблицы (8.7).

Затраты на материалы, покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты рассчитываются по прогрессивным нормам расхода и соответствующим прейскурантам или договорным оптовым ценам. В стоимость материальных затрат включаются транспортно-заготовительные расходы в размере 3 – 5 % от цены.

Таблица 8.8.

Для расчета тарифной зарплаты необходимы следующие данные:

1. 1. Перечень выполняемых видов работ;

2. 2. Трудоемкость изготовления электронного устройства, нормо-ч;

3. 3. Квалифицированный разряд, характеризующий сложность работы;

4. 4. Тарифные ставки, руб.

Таблица 8.9.

----------------------------------------------------------------

N Наименование работ Тарифный Часовая Трудо- Тарифная

разряд тариф. емкость зарплата

ставка работ руб.

руб. нормо-час.

----------------------------------------------------------------

1 Сборка 3 3,0 3 9,0

2 Монтаж 5 3,75 4 15,0

6 Испытание 4 3,0 1 3,0

7 отладка 4 3,3 2 6,6

ИТОГО 33,6

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

8.6. 8.6. Расчет лимитной цены.

Лимитная цена Ц_л выражает предельно допустимый уровень цены электронного устройства с учетом улучшения его потребительских свойств, при котором обеспечивается относительное удешевление его для потребителя.

, (8.15)

где С_п - себестоимость проектируемого ЭУ,

П_н - нормативная прибыль.

Н_рент – норматив рентабельности, 25%.

К_пу - коэф. повышения уровня рентабельности, К_пу =1,1.

Цл= 763,66 (1 + 25/100) × 1,1 = 1050 руб.

Лимитная цена с учетом налога на добавленную стоимость

Ц_ЭУ =Ц_л + НДС = 1260 руб, (8.16)

где НДС - налог на добавленную стоимость (20%).

8.7. 8.7. Оценка уровня качества проектируемого электронного устройства.

Оценка уровня качества разрабатываемого изделия производиться на основе сравнения групп технико-эксплуатационных параметров: назначения, надежности, технологичности, унификации, эргономических, патентно-правовых и экологических.

Обязательным является группа показателей, характеризующие функциональное назначение изделия, массогабаритные показатели, показатели технологичности и унификации для каждого вида электронного устройства.

Трудоемкость изготовления изделия

, нормо-час, (8.17)

где T_i – трудоемкость изготовления i-й составной части изделия, нормо-час.,

T = 3 + 4 +1 + 2 = 10 нормо-час.

Технологическая себестоимость

С_т =Р_м +L+Р_п +Р_эо , руб. (8.18)

где Р_м - расходы на сырье, материалы, руб.;

L - зарплата производственных рабочих с начислениями;

Р_п - расходы на покупные изделия;

Р_эо - расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.

С_т = 520 + 69,57 + 52,42 = 641,99 руб.

Коэффициент автоматизации и механизации технологического процесса.

, (8.19)

где N_ам - количество монтажных соединений, которые могут осуществляться автоматическим или механическим способом;

N_м -общее количество монтажных соединений.

Коэффициент использования микросхем.

, (8.20)

где N_мс - количество микросхем;

N_эрэ - общее количество электрорадиоэлементов.

8.8. 8.8. Расчет эксплуатационных затрат потребителя.

В сфере эксплуатации нового изделия в состав капитальных вложений потребителя включаются все единовременные затраты, которые должен нести потребитель в связи с переходом к эксплуатации нового изделия.

К_потр. =К_пр +К_соп , (8.21)

где К_пр - прямые капитальные вложения потребителя, руб.;

К_соп - сопутствующие капитальные вложения, руб.

Сопутствующие капитальные вложения включают единовременные затраты на демонтаж ранее установленного оборудования (К_д ), затраты на доставку нового изделия к месту эксплуатации (К_тр ), затраты на установку, монтаж и наладку (К_мн ), затраты на другие элементы основных фондов (К_пр ), затраты на предотвращение отрицательных экологических и других последствий (К_эк ).

К_соп =К_д +К_тр +К_мн +К_пр +К_эк , (8.22)

Основным методом определения сопутствующих капитальных вложений является метод прямого счета, на основе соответствующей сметной и технической документации. Единовременные затраты К_д , К_тр , К_мн , К_пр составляют соответственно 5%, 10%, 15%, 10% от цены электронного устройства. Демонтаж данного электронного устройства не производится и отрицательного воздействия на окружающую среду оно не оказывает.

руб.,

руб.

8.9. 8.9. Расчет годовых текущих издержек.

Годовые текущие издержки определяются по формуле

И_экс = ЗП_обсл + А_к.соп + З_к.р. + З_в.м. +З_эл + З_тек.р. (8.23)

где ЗП_обс – заработная плата обслуживающего персонала с начислениями;

А_к.соп - амортизационные отчисления на сопутствующие капитальным вложениям, (0,2…0,3)К_соп ,руб.;

З_к.р. - затраты на капитальный ремонт, (0,7…0,9)Ц_л , руб.;

З_в.н. - затраты на вспомогательные материалы, руб.;

З_эл - затраты на потребляемую электроэнергию, руб.;

З_тек.р. - затраты на текущий ремонт, руб.

Зарплата обслуживающего персонала с начислениями

ЗП_обсл = Ч_обс × Т_обсл × С_тар × К_зп , руб., (8.24)

где Ч_обс - численность обслуживающего персонала - 1,

К_зп - коэф. учитывающий размер премии, дополнительную зарплату, начисления

на зарплату, К_зп =1,8…1,85;

С_тар - средняя часовая тарифная ставка ремонтного рабочего, 3 руб.;

Т_обс - время затрачиваемое на обслуживание устройства,

Т_обс =F_д × К_зан , час, (8.25)

где F_д - действительный фонд времени работы при односменном режиме работы час,

К_зан - коэф. учитывающий занятость рабочего времени в течение рабочего дня на обслуживание одного устройства – 2/3.

Т_{об с} = 1360,8 × 2/3 = 907,2 час.

ЗП_обс = 1 × 907,2 × 3 × 1,8 = 4899 руб.

Затраты на текущие ремонты

, (8.26)

где - количество плановых текущих ремонтов в год, 1;

- средние затраты на проведение одного текущего ремонта, примем 2-6% от цены устройства.

руб.

Затраты на потребляемую энергию

З_эл =W_у × F_д × S_эл . (8.27)

где W_у - потребляемая мощность одного устройства, 0,38 кВт.

S_эл - тариф за электроэнергию, 0,35 руб/кВт.

F_д – действительный фонд времени работы, час.

З_эл = 0,38 × 1360,8 × 0,35 = 181 руб.

Тогда текущие издержки составят

И_экс = 4899 + 0,2 × 367,5 + 0,07 × 1050 + 181 + 0,4 × 520 + 42 = 5289,8 руб.

Текущие издержки потребителя электронного устройства. Таблица 8.10.

------------------------------------------------------------

N Наименование затрат Сумма, руб.

------------------------------------------------------------

1 Зарплата обслуживающего персонала 4899

2 Амортизационные отчисления 73,5

3 Затраты на капитальный ремонт 73,5

4 Затраты на электроэнергию 181

5 Затраты на вспомогательные материалы 20,8

6 Затраты на текущий ремонт 42,0

ИТОГО 5289,8

------------------------------------------------------------

8.10. 8.10. Определение экономической эффективности

проектируемого изделия.

На основании изложенных в методических указаниях методов выбираем метод 2с критерием максимума экономического эффекта.

Рассчитаем экономический эффект

(8.28)

где Р_г – стоимостная оценка результатов применения ЭУ за год, руб;

З_г – низменные по годам расчетного периода затраты на разработку, производство и использование ЭУ, руб;

К_рн – коэффициент реновации ЭУ, исчисленный с учетом фактора времени в зависимости от срока службы, при сроке в 5 лет (0,1638);

Е_н – норматив эффективности капитальных вложений (0,1 … 0,15).

Стоимостная оценка результатов применения ЭУ за год определяется по формуле:

, (8.29)

где - цена единицы работ, производимых с помощью ЭУ;

- годовой объем применения нового электронного устройства, 20 шт.

Цена единицы работ, производимых с помощью электронного устройства за год, рассчитывается:

, (8.30)

где - текущие годовые издержки потребителя, руб. (таб. 8.10);

- коэф. учитывающий рентабельность, принимаем 1,2;

- коэф. освоения новой техники, принимаем 0,9.

руб.

руб.

Стоимостная оценка затрат на разработку, производство и использование ЭУ за год определяется:

, (8.31)

где - годовые текущие издержки при использовании нового электронного устройства, руб.

К – единовременные затраты при производстве и использовании ЭУ, руб.

руб.

Единовременные затраты при производстве и использовании ЭУ рассчитываются:

, (8.32)

где - см. формулу (8.13)

- см. формулу (8.15)

- см. формулу (8.29)

- см. формулу (8.22)

Подставляя значения в формулы, получим:

руб.

руб.

руб.

Определим удельную эффективность электронного устройства:

, (8.33)

где - стоимостная оценка на разработку, производство и использование ЭУ за расчетный период, руб.

, (8.34)

где - стоимостная оценка затрат при производстве нового электронного устройства, руб.;

- стоимостная оценка затрат при использовании нового оборудования за расчетный

период, руб.

руб.

Удельная экономическая эффективность будет равна:

Все полученные результаты сведем в табл.8.11.

В заключении составим таблицу технико-экономических показателей электронного устройства.

Технико-экономические показатели Таблица 8.11.

Заключение

Источник питания, разработанный в представленном дипломном проекте, полностью удовлетворяет требованиям технического задания.

В ходе проверок и испытаний прибор показал свою надежность, устойчивость в работе, а также простоту в управлении, что особенно важно при эксплуатации. Все органы управления источника питания обеспечивают в полной степени регулировки, заложенные в задании.

Основным достоинством разрабатываемого источника питания является малый уровень шумов по первой составляющей на выходе – менее 100 мкВ, что делает его пригодным для питания сложной цифровой аппаратуры систем связи, особенно критичной к помехам по цепям питания, т.к. развязка по питанию для цифровых микросхем не превышает 10 дБ.

Одним из достоинств конструктивного исполнения прибора, можно назвать его блочное исполнение, это обеспечивает более быстрое выявление неисправностей в случае отказа, а следовательно, и ремонт или замену неисправного блока.

В дальнейшем совершенствование источника питания будет вестись в направлении улучшения уровня элементной базы, перспективных материалов и технологий.

Литература список

1. 1. Справочник конструктора РЭА: Общие принципы конструирования /Под ред. Р.Г. Варлаамова, М.: Высшая школа., 1991, - 176 с.

2. 2. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА: под ред. Э.Т. Романычевой. – М.: Радио и связь, 1989, - 448 с.

3. 3. Ненашев А.П. Конструирование РЭС. –М.: Высш. школа 1990, - 432 с.

4. 4. Кофанов Ю.Н. Теоретические основы конструирования технологии и надежности РЭА. – М.: Радио и связь, 1991, - 360 с.

5. 5. Сборник задач и упражнений по технологии РЭА: Учеб. пособие / Под ред. Е.М. Парфенова. – М.: Высш. школа, 1982. – 255 с.

6. 6. Проектирование конструкций радиоэлектронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов / Е.М. Парфенов, Э.Н. Камышная, В.П. Усачев. – М.: Радио и связь, 1989. – 272 с.

7. 7. Роткоп Л.Л., Спокойный Ю.В. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. – М.: Сов. радио , 1976. – 232 с.

8. 8. Жигалов А.Т. и др. Конструирование технология печатных плат. – М.: Высшая школа, 1973.

9. 9. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Радио исвязь, 1981. 224 с.

10.10.Строительные нормы и правила СниП 2 – 4 – 79 – М.: Стройиздат, 1980 г.

11.11.ГОСТ 12.1.005 – 88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны. – М.: Издательство стандартов, 1989, - 48 с.

12.12.ГОСТ 12.1.007 – 76. ССБТ. Вредные вещества. – М.: Издательство стандартов, 1980, - 24 с.

13.13.ГОСТ 12.1.042 – 82. ССБТ. Заземление. – М: Издательство стандартов, 1982, - 32 с.

14.14.Долин П.А. Основы техники безопасности в электроустановках: Учеб. пособие для студ. энерг. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат 1984. –448 с.

15.15.Богословский В.Н. и др. Отопление и вентиляция. В 2-х частях: М., 1976.

16.16.Кнорринг Г.М. и др. справочная книга для проектирования электрического освещения. Л., 1976.

17.17.Волков О.М. Пожарная безопасность вычислительных центров. 3-е изд. – М.: Стройиздат, 1990. – 112 с.

18.18.Великанов К.М. и др. Экономика и организация производства в дипломных проектах. – Л.: Машиностроение, 1986. – 285 с.

19.19.Моиеева Н.К. и др. Сборник задач и деловых игр по организации и управлению предприятиями электронной промышленности. –М.: Высш. шк., 1991. – 176 с.