--PAGE_BREAK--
2. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Анализ современных устройств для лечебного и терапевтического воздействия акустических колебаний показал, что в их состав должны входить следующие блоки: высокочастотный генератор, модулятор, усилитель мощности, блок питания и излучатель. В тоже время проектируемый прибор должен удовлетворять следующим техническим данным:
— диапазон частот акустических колебаний, Гц 20000-66000;
— интенсивность излучения, Вт/см2 0.5-1.2;
— питание, В 220±10%;
— масса, кг 1.5;
— габаритные размеры, мм 180´120´70;
— условия эксплуатации по классу IIгруппа BFпо ГОСТ Р 50267.0-92;
— время наработки на отказ, часов 10000;
— коэффициент готовности 0.95.
Исходя из этих требований в состав данного устройства необходимо ввести таймер для дозирования ультразвуковой энергии по времени, блок индикации для визуального контроля частоты и интенсивности колебаний, генератор управляемый напряжением для модуляции и переключатели работ.
Диапазон частот, которые выдает генератор, должен делиться на два поддиапазона: 1. 20-40 кГц, 2.40-66 кГц. Коммутация должна осуществляться переключателем. Кроме этого в каждом из диапазонов должен быть импульсный режим, т.е. частота должна плавно возрастать, затем резко падать и потом опять плавно возрастать, но уже до более высокой частоты и т.д. Для обеспечения таких параметров необходимо использовать схему, функциональная и принципиальная схемы которой приведена в приложении.
Проектируемый прибор должен быть выполнен в портативном исполнении и его масса не должна превышать 1,5 кг. Для получения необходимой мощности на выходе необходимо использовать усилитель мощности и повышающий трансформатор. Трансформатор будет иметь торроидальный сердечник для уменьшения габаритов, массы и снижения потерь.
Выбор рационального конструкторского исполнения конкретной аппаратуры зависит от решения множества вопросов, связанных с поиском оптимального варианта конструктивно-технологического обеспечения комплекса технических, экономических, эксплуатационных, производственных и организационных требований. Поиск оптимального конкретного конструктивно-технологического варианта должен проводиться при минимальных затратах и с учетом современных тенденций развития радиоэлектронной аппаратуры, прежде всего элементной базы и техники монтажа. В соответствии с техническим заданием рассмотрим вопросы общей компоновки, компоновочной совместимости принятой элементной базы и межсоединений, проектирование всех конструктивных элементов изделий с учетом автоматизации процессов проектирования; обеспечение защиты изделия от дестабилизирующих факторов окружающей среды; обеспечение технологичности, удобства эксплуатации и ремонта.
В качестве корпуса будем использовать корпус из алюминиевого сплава АМц. Корпус будет состоять из крышки, лицевой панели и задней панели. Лицевая панель будет выполнена из ударопрочного полистирола. Такой корпус прост, надежен и удобен для быстрого ремонта устройства. Он соответствует условиям эксплуатации по классу IIгруппы BFпо ГОСТ Р 50267.0-92.
Разрабатываемое устройство является переносным прибором, к которому с помощью кабеля будут подключаться сменные излучатели. Для обеспечения виброзащиты используются амортизаторы.
Прибор предполагается использовать не только в лечебно-профилактических учреждениях, но и в домашних условиях. Поэтому при разработке прибора должна быть обеспечена электробезопасность. На корпусе необходимо установить сетевой выключатель и обязательно индикацию включения питающего напряжения.
Устройство должно быть просто в обращении. Поэтому на корпусе будут установлены переключатели: выключатель режима работы и переключатель диапазонов, регулировка частоты и времени воздействия на пациента.
Конструкция преобразователя электрических сигналов в механические колебания должна обеспечивать преобразование необходимого диапазона частот. Для этого будет использован пьезоэлектрический преобразователь.
Прибор должен быть надежен в эксплуатации и иметь время наработки на отказ не менее 10000 часов, время восстановления — 1,2 часа, коэффициент готовности — 0,95.
Необходимо, чтобы прибор был технологичен в изготовлении в условиях мелкосерийного производства с программой выпуска до 1000шт/год. Комплексный показатель технологичности должен быть не менее 0,65. Для достижения нормативных данных по технологичности необходимо выполнить ряд мероприятий конструктивного и технологического направления. Во-первых, применить большее число унифицированных сборочных единиц, деталей и элементов, во-вторых, широко использовать микросхемы, применить полу- и автоматическое оборудование для сборки и монтажа прибора.
3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА
3.1 Разработка структурной схемы
Исходя из анализа современных устройств для лечебного и терапевтического воздействия была разработана структурная схема устройства, которая включает в себя следующие блоки: задающий генератор, электронный таймер реального времени, электронный ключ, дешифратор, формирователь импульсов, генератор управляемый напряжением (ГУН), усилитель мощности (УМ), счетчик, модулятор, блок индикации режима работы, излучатель, совместная работа которых должна обеспечивать технические данные в соответствии с техническим заданием (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1-Стуктурная схема физиотерапевтического устройства
Задающий генератор собран на двух логических элементах “ИЛИ-НЕ” микросхемы К561ЛЕ5. Ее реализация обеспечивается последовательным соединением МДП-транзисторов с каналом р-типа и параллельным соединением МДП-транзисторов с каналом n-типа. С его выхода сигнал в форме меандра (рисунок 3.2, а) поступает через электронный ключ на счетчик К561Е16. Сброс счетчика в нуль осуществляется импульсом положительной полярности длительностью не менее 500 нс по входу R. Содержимое счетчика увеличивается по отрицательному перепаду импульса по входу С. Максимальная частота входных импульсов при Uпит=12 В достигает 66 кГц.
Рисунок 3.2 – Эпюры рабочих сигналов устройства
После счетчика сигнал меньшей частоты (рисунок 3.2, б) поступает на формирователь импульсов, который из меандра формирует треугольные импульсы такой же частоты (рисунок 3.2, в). Изменяющееся напряжение с формирователя управляет частотой ГУНа (рисунок 3.2, г), выполненного на микросхеме CD4046. Усилитель мощности, собранный по двухтактной схеме с параллельным включением транзисторов КТ815Г передает сигнал с качающейся частотой в выходной контур и далее — на нагрузку. Время качания частоты задается длительностью импульса, поступающего со счетчика. Данный режим работы применяется обычно в медицинских физиотерапевтических устройствах и при построении исследовательских комплексов, в которых необходимо изменять частоту генерации во всем диапазоне с различной скоростью.
При втором режиме работы сигнал в форме меандра поступает через электронный ключ на усилитель мощности, а затем на излучатель. Электронный таймер КР1006ВИ1 (времязадающая схема) формирует импульсы напряжения длительностью от нескольких микросекунд до десятков минут. Он предназначен для использования в стабильных датчиках времени, генераторах импульсов, преобразователях напряжения и т.д. Таймер в данной схеме служит для дозирования ультразвуковой энергии по времени, а блок индикации — для визуального контроля частоты и интенсивности колебаний.
Конструкция преобразователя электрических сигналов в механические колебания должна обеспечивать преобразование необходимого диапазона частот. Для этого будет использован пьезоэлектрический преобразователь.
Блок питания состоит из понижающего трансформатора, выпрямителя, сглаживающих фильтров и стабилизатора напряжения. Микросхема КР142ЕН8А представляет собой стабилизатор напряжения с фиксированным выходным напряжением и защитой от перегрузок по току.
3.2 Расчет питающего трансформатора
Схема генератора, чтобы обеспечивать заданные параметры, должна питаться постоянным напряжением 12±0,5В. Поэтому, учитывая, что напряжение в сети может изменяться на 5%, и зная падение напряжения на выпрямителе, будем использовать трансформатор с напряжением вторичной обмотки ~15В. Трансформатор должен иметь малые габариты и небольшую массу. Он должен быть рассчитан на ток в нагрузке 0,25 А. Но таких, которые удовлетворяли бы вышеуказанным условиям, наша промышленность не выпускает. Исходя из этого, произведем расчет трансформатора по методике изложенной в [18].
1.Определяем напряжение и ЭДС обмоток по формуле:
Е1»0,95U1,(3.1)
E1»0.95*220=209 В,
U2»(U+2)/1.1,(3.2)
U2»(15+2)/1.1=15.5 B
где U1и U2– напряжение первичной и вторичной обмоток соответственно;
U– выходное напряжение.
2. Находим ток обмоток:
I2=1.8×I,(3.3)
I2=1.8*0.25=0.45A,
I1,2=1.8*IU2/U1, (3.4)
I1,2=1.8*0.25*15.5/220=0.032 A
где I1,2и I2— токи первичной и вторичной обмоток;
I– ток в нагрузке.
I1»I2×N,(3.5)
N=U2/U1,(3.6)
N=15.5/220=0.07,
I1»0.45×0.07=0.03 A
где N– коэффициент трансформации.
3. Определяем габаритную мощность трансформатора:
Pгаб=U1×I1=U2×I2,(3.7)
Pгаб=15,5×0,45=6,98 Вт.
4.Выберем магнитопровод. Выбор магнитопровода производится с помощью выражения:
QсQo= Pгаб×100/(2,22¦ВJhkckмs),(3.8)
где Qо— площадь окна магнитопровода, приходящаяся на обмотки стержня, см2;
h— коэффициент полезного действия трансформатора, h=0,82;
s– число стержней несущих обмотки;
kм– коэффициент заполнения окна медью обмотки, kм=0.23;
J– плотность тока в обмотках, А/мм2;
B– магнитная индукция в магнитопроводе, Тл;
¦— частота питающей сети;
kc– коэффициент заполнения магнитопровода сталью, kс=0.93;
Qс– полное сечение стержня магнитопровода, см2.
QсQo= 6,98×100/(2,22×50×1,2×6,2×0,82×0,93×0,23) = 2,47 см2.
По справочным таблицам выберем магнитопровод Ш10х10 имеющий QсQo=2,5см2; Qc=1см2; Qo=2,5см2; a=b=1см; h=2,5 см; c=1см; lc=8.6см; lм=7,1см; G=0.059 кг.
5. Подсчитаем число витков обмоток:
n1=E×104/(4.44¦BQckc),(3.9)
n1=209×104/(4.44×50×1.2×1×0.93)=8436
n2=E2×n1/E1,(3.10)
n2=8436*15.5/209=626
6. Находим диаметр провода:
d=1.13,(3.11)
d1=1.13=0.081,
d2=1.13=0.3
7. Определяем потери в стали:
Pc=pуд×G, Вт(3.12)
где pуд– удельные потери в стали, Вт/кг;
G– масса магнитопровода, G=0.059 кг
Pc=1.5×0.059=0.0885
8. Найдем потери в меди. Для этого определяем сопротивление обмоток:
r=2.2×10-4×lм×n/d2,(3.13)
где lм– средняя длина витков обмоток, см
r1=2.2×10-4×7.1×8436/0.062=3660.3 Ом,
r2=2.2×10-4×7.1×626/0.252=15.6 Ом,
тогда потери в меди Pмравны:
Pм=I12×r1+I22×r2,(3.14)
Pм=0.0322×3660.3+0.452×15.6=3.04 Вт
Охлаждающую поверхность броневого магнитопровода найдем по формуле:
Sc»2[ac+(a+c)(2a+2b+h)],(3.15)
Sc»2×[1×1+(1+1)(2×1+2×1+2.5)]=28 см2
Для оценки превышения температуры трансформатора определяют удельные охлаждающие поверхности стали scи меди sм. Если полученные значения scи sм не менее 20 см2, то превышение температуры можно считать допустимым (40-60? С).
9. Удельную поверхность охлаждения магнитопровода находим по формуле:
sc=Sc/Pc,(3.16)
sc=28/0.0885=316 см2/Вт >>20 см2,
т.е. нагрев магнитопровода будет незначительным.
10. Найдим охлаждающую поверхность катушки:
Sм»2[(2a+c)(2b+h)+2b(4b+3h)],(3.17)
Sм»2[(2×1+1)(2×1+2.5)+2×1(4×1+3×2.5)]=64 см2
Удельная поверхность охлаждения обмотки:
sм=Sм/Pм,(3.18)
sм=64/3.04=21 см2>20 см2,
т.е. нагрев катушки будет ниже допустимого.
Таким образом, трансформатор будет иметь следующие габаритные размеры: 50x30x30 мм.
3.3 Расчет задающего генератора и таймера
Расчет задающего генератора проводится в следующей последовательности:
1. Находим частоту модуляции счетчика К561ИЕ16:
fo=1/Т,(3.19)
где Т-период качания частоты, сек.
fo=1/3=0,33 Гц
2. Частота задающего генератора определяется по формуле:
fг=fo×2n,(3.20)
где n– разряд счетчика.
fг=0,33×214=5,4 кГц
Эта частота является начальной для работы счетчика.
3. Затем находим сопротивление R1 для верхней рабочей частоты задающего генератора, при R2 равному нулю и зададимся С1 равному 540 пФ:
R1=(3.21)
R1=100 кОм
4. Определяем из формулы для fгR2 для нижней рабочей частоты задающего генератора:
fг=(3.22)
R2=4,8 кОм
Расчет электронного таймера проводится по следующей методике:
5. Время работы таймера:
t=R×C(3.23)
Зададимся С4, равное 220 мкФ, при нижней границе срабатывания t=1мин (R6=0).
R5= t/C4= 5,1 кОм
6. Находим R6, при верхней границе срабатывания таймера t=30 мин:
R6=(3.24)
R6= 100 кОм
продолжение
--PAGE_BREAK--3.4 Расчет ГУНа
Расчет ГУНа заключается в определении по специальным номограммам [19], приведенным на рисунке 3.3, частотные характеристики ГУНа: а) зависимость центральной частоты ГУНа f0от R9 и C8; для частоты сдвига fсдв; зависимость пределов частот от отношения R11/R9.
Рисунок 3.3 – Частотные характеристики ГУНа
Исходными данными являются: R9=R11= 100 кОм, С8=6800 пФ. Определяем по номограммам центральную частоту f=40 кГц. Выбранную частоту следует сместить (сдвинуть) на величину Dfсдв=22 кГц, если вывод 12 микросхемы CD4046Bи нулевой провод соединить через резистор R11.
При соотношении номиналов R11/R9=1 находим по номограмме (рисунок 3.3, в) отношение fmax/ fmin=3,3.
3.5 Расчет усилителя мощности
Порядок расчета усилителя мощности, собранного по двухтактной схеме с параллельным включением транзисторов, следующий [ ]:
1. Выбираем тип транзистора исходя из заданной мощности по условию:
Pkmax³P1(3.25)
25 Вт ³15 Вт
Наиболее подходящий, в нашем случае, транзистор КТ815Г.
2. Выбираем напряжение питания из условия:
Е=(0,5¸0,8) Uкдоп,(3.26)
Е= 12 В.
3. Рассчитываем эквивалентное сопротивление нагрузки:
R¢э=,(3.27)
где rвн– сопротивление пьезоэлектрического преобразователя, равное 4,7 кОм.
R¢э==21.4 кОм
4. Определяем амплитуду тока в цепи первичной обмотки трансформатора:
I1=(3.28)
I1=
5. Рассчитываем мощность, потребляемую каскадом:
P0=(3.29)
P0=18,3 Вт
6. Подсчитываем постоянную составляющую тока питания:
I0=(3.30)
I0=1.5
7. Определяем КПД:
h=(3.31)
h= 0.82
8. По заданной нагрузке рассчитываем входное сопротивление системы:
R¢э=(3.32)
где Сэл – электрическая емкость преобразователя, равная 5 нФ;
w– резонансная частота, равная 251200 рад/сек.
R¢э=13,37 кОм
9. Определяем коэффициент трансформации выходного трансформатора:
n=(3.33)
n=0.83
Таким образом, были произведены расчеты основных параметров: трансформатора, который будет иметь следующие габаритные размеры 50x30x30 мм и коэффициент трансформации N=0,07; задающего генератора (частоту модуляции счетчика) и таймера; и электрические параметры усилительного выходного каскада. По номограммам были определены центральная частота ГУНа f=40 кГц и fmax/ fmin=3,3.
4. Выбор функциональных элементов и материалов конструкции
4.1 Выбор функциональных элементов
Проанализировав требования технического задания по электрической принципиальной схеме физиотерапевтического устройства на основе применения упругих волн проведем анализ и выбор элементарной базы.
Так как к разрабатываемому устройству не предъявляется повышенных требований к диапазону рабочих температур и других дестабилизирующих факторов, то можно сделать вывод о применении в приборе дешевых электрорадиоэлементов, имеющих малые габариты и потребляемую мощность.
При разработке электрической принципиальной схемы использовались следующие виды радиоэлементов: микросхемы, транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, трансформаторы. Электрорадиоэлементы должны быть совместимы по тепловым и энергетическим характеристикам.
Задающий генератор, счетчик, генератор управляемый напряжением и электронный таймер собраны на интегральных микросхемах .
Выбор типа микросхем проведем исходя из следующих соображений:
— соответствие параметров микросхемы электрической принципиальной схеме;
— интегральная микросхема должна иметь минимальный ток потребления;
— низкая себестоимость.
Электрические параметры выбранных микросхем приведены в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Электрические параметры микросхем
Интегральная микросхема (стабилизатор напряжения), которую необходимо установить в блоке питания, должна обеспечивать необходимое выходное напряжение. Она должна быть рассчитана на мощность не менее 1 Вт. Микросхема КР142ЕН8А удовлетворяет вышеуказанным условиям. Ее параметры: Pрас=1.5 Вт; Uвых=12±0.27 В [20].
Транзисторы в двухтактном усилителе будем применять средней мощности типа КТ815Г [21]. Они имеют следующие параметры:
— коэффициент усиления h21Э=25-275;
— напряжение UКЭ max=40 В;
— ток коллектора IКmax=1000 мА;
— мощность PКmax=25 Вт.
Они достаточно миниатюрны и дешевы.
Выбор типа диодов проводим исходя из следующих соображений:
— диод должен быть высокочастотным или универсальным;
— должно соблюдаться соответствие электрических параметров диодов схеме электрической принципиальной;
— применение диода по возможности с минимальными типоразмерами.
Исходя из этих требований и величины потребляемой мощности выбираем диодный мост КЦ405Е.
Резисторы будем применять серии С2-23. Элементы этой серии имеют малый размер и недорогие по стоимости. Погрешность их должна быть не больше ±10%. Два переменных резистора возьмем серииСП4-1а. Они отличаются простотой использования и дешевой ценой.
Для коммутации сети в приборе используем переключатель типа ПКн-41-1-2П. Его выбор обусловлен простотой крепления, малыми размерами и такой конструктивной особенностью: включенное и выключенное состояние визуально различимы по высоте кнопки. Кнопки переключения режимов возьмем КМП8-4 НАЗ.604.006.
Так как устройство должно быть достаточно надежным и обеспечивать необходимый диапазон частот, то конденсаторы будем использовать типа КМ. Электролитический конденсатор типа К50-35 должен быть рассчитан на напряжение не менее 16 В. Также будут применены конденсаторы К10-17. Погрешность их должна быть не больше ±20%.
В физиотерапевтическом устройстве на основе применения упругих волн применен повышающий трансформатор. Работает он на частотах до 66000 Гц. В связи с этим в трансформаторе необходимо использовать торроидальный сердечник. Это уменьшит габариты изделия. Для намотки трансформатора необходимо взять провода ПЭВТЛ-1-0.1 и ПЭВТЛ-1-0.2 так как их параметры наиболее подходят для обеспечения необходимых характеристик трансформатора.
Для изготовления понижающего трансформатора будем использовать провод марки ПЭВ-2 с диаметром d1=0.063 и d2=0.25 мм. Каркас необходимого размера для обмоток понижающего трансформатора изготавливается из электротехнического картона необходимой толщины.
Устройство будет защищено от перегрузок двумя вставками плавкими ВП2Б-1В (на ток 1 А). Для их закрепления можно воспользоваться держателями плавких вставок ДВП4-1Т.
4.2 Выбор материалов конструкции
В качестве корпуса будем использовать корпус из алюминиевого сплава АМц. Корпус будет состоять из крышки, лицевой панели и задней панели. Лицевая панель будет выполнена из ударопрочного полистирола УПМ-0612 Л – 06 рец. 151, 1с ГОСТ 28250-89 белого цвета. Такой корпус прост, надежен и удобен для быстрого ремонта устройства.
Для большей устойчивости корпуса на рабочей поверхности необходимо применить резиновые ножки.
Шурупы для скручивания корпуса, прикручивания сетевого переключателя, переключателя диапазонов, переключателя режимов, крепления платы будем использовать с полукруглой головкой по ГОСТ 1144 – 80 диаметрами 2.5 и 4 мм.
Монтажные провода соединяющие плату и переключатели используем марки НВМ-0.35-4 ГОСТ 17515-22. Трубки изолирующие типа 305 ТВ-40-2 белая, 1с ГОСТ 19034-82.
Плата с элементами крепится к корпусу с помощью четырех втулок винтами М 3-6д´10.36.016.
Печатную плату необходимо изготовить из двустороннего фольгированного стеклотекстолита марки СФ2-35-1.5. Для обеспечения необходимой надежности, технологических показателей отверстия целесообразно сделать металлизированными. Плата изготавливается комбинированным позитивным методом с металлизацией отверстий.
Двусторонняя печатная плата выгодна тем, что уменьшаются габариты изделия. Для маркировки печатных плат и элементов на печатной плате выберем краску маркировочную МКЭЧ, черная, ГОСТ 12034-77. Данная краска механически прочная, эластичная, с хорошей адгезией.
Качество паяных соединений (прочность, герметичность, надежность и т.д.) зависят от правильного выбора припоя и флюса. Припой должен обладать хорошей смачивающей способностью, иметь температуру плавления не меньше 160°С, быть дешевым. Наиболее подходящим припоем для разрабатываемого прибора является ПОС-61.
При выборе флюса руководствовался следующими соображениями:
— должен обладать хорошей смачивающей способностью;
— химически не должен быть слишком активным;
— должен хорошо удаляться с поверхности платы;
— невысокая цена.
Для флюсования печатной платы физиотерапевтического устройства можно воспользоваться флюсом ФКТ, который хорошо очищает поверхность перед пайкой, не является коррозийно активным и легко удаляется после пайки.
При изготовлении трансформатора после намотки катушки и закрепления выводов на лепестках, катушку необходимо обмотать несколькими слоями хлопчатобумажной ленты для защиты от механических повреждений и для улучшения электрической изоляции. Для придания влагостойкости, монолитности, необходимой механической прочности, катушки после намотки необходимо пропитать лаком ЭД-6.
5. обоснование конструкторского исполнения, расчет компоновочных характеристик
5.1
Обоснование конструкторского исполнения
Выбор рационального конструкторского исполнения конкретной аппаратуры зависит от решения множества вопросов, связанных с поиском оптимального варианта конструктивно-технологического обеспечения комплекса технических, экономических, эксплуатационных, производственных и организационных требований. Поиск оптимального конкретного конструктивно-технологического варианта должен проводиться при минимальных затратах и с учетом современных тенденций развития радиоэлектронной аппаратуры, прежде всего элементной базы и техники монтажа.
Физиотерапевтическое устройство выполнено в корпусе, состоящем из крышки, лицевой панели и задней панели В качестве корпуса будем использовать корпус из алюминиевого сплава АМц… Лицевая панель будет выполнена из ударопрочного полистирола УПМ-0612 Л – 06 рец. 151, 1с ГОСТ 28250-89 белого цвета. Такой корпус прост, надежен и удобен для быстрого ремонта устройства. Желательно, чтобы цвет корпуса был белым. Этот цвет оказывает положительное психологические воздействие на пациентов, что в некоторой степени помогает выздоровлению.
На передней панели размещены органы управления, элементы индикации и коаксиальный разъем типа СР-50-74 для выхода на преобразователь. К органам управления относятся: кнопка СЕТЬ, кнопка ПУСК ТАЙМЕРА, регуляторы частоты и длительности воздействия; кнопки переключения режимов работы и диапазонов частоты, интенсивности. К элементам индикации относятся светодиоды, которые говорят о работе прибора.
Плата с элементами крепится к корпусу с помощью четырех втулок винтами М 3-6д´10.36.016. Печатную плату необходимо изготовить из двустороннего фольгированного стеклотекстолита марки СФ2-35-1.5. Для обеспечения необходимой надежности, технологических показателей отверстия целесообразно сделать металлизированными. Плата изготавливается комбинированным позитивным методом с металлизацией отверстий.
Двусторонняя печатная плата выгодна тем, что уменьшаются габариты изделия. Для маркировки печатных плат и элементов на печатной плате выберем краску маркировочную МКЭЧ, черная, ГОСТ 12034-77. Данная краска механически прочная, эластичная, с хорошей адгезией.
Электрическая коммутация платы с органами управления, вынесенными на переднюю панель, осуществляется с помощью проводов, присоединенных методом пайки к контактным лепесткам на плате с одной стороны, а с другой стороны — к выводам переключателей переменных резисторов, закрепленных на передней панели.
Марка прибора УФМ-1 нанесена в правом верхнем углу на передней панели с помощью краски МКЭ, черная шрифтом 3-ПР3 ГОСТ 26.020-80.
На задней панели прибора расположены два держателя предохранителя, клемма заземления, маркировка. Для удобства пользования и для большей устойчивости корпус имеет четыре амортизатора, закрепленные винтами М 3-6д´10.36.016.
Шурупы для скручивания корпуса, прикручивания сетевого переключателя, переключателя диапазонов, переключателя режимов, крепления платы используются с полукруглой головкой по ГОСТ 1144 – 80 диаметрами 2.5 и 4 мм.
Проектируемый прибор выполнен в портативном исполнении и его масса не превышает 1,5 кг. Для получения необходимой мощности на выходе используется усилитель мощности и повышающий трансформатор. Трансформатор имеет торроидальный сердечник для уменьшения габаритов, массы и снижения потерь.
5.2 Расчет компоновочных характеристик
Компоновка — размещение в пространстве или на плоскости различных элементов РЭА — одна из важнейших задач при конструировании. Основная задача, решаемая при компоновке РЭА, — это выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение веса и расположения в пространстве любых элементов или изделий радиоэлектронной аппаратуры.
Компоновка — сложный и ответственный процесс конструирования, так как размещение всех заданных элементов схемы в заданном объеме конструкции с установлением основных геометрических форм и размеров между ними с одновременным обеспечение нормальной работы схемы устройства в соответствии с техническим заданием по существу определяет в дальнейшем все этапы разработки. К основным этапам разработки компоновочных схем относятся: определение особенностей функциональных параметров электрической схемы устройства и выбор основной конструктивно-законченной единицы; выбор элементной базы и способа монтажа; отработка вопросов межсоединений, теплопередачи, прочности и жесткости конструкции.
На практике задача компоновки РЭА чаще всего решается при использовании готовых элементов (радиодеталей) с заданными формами, размерами и весом, которые должны быть расположены в пространстве или на плоскости с учетом электрических, магнитных, тепловых и других видов связей.
Компоновочные характеристики и документы способствуют лучшему взаимопониманию не только всех разработчиков данного изделия, но и заказчиков, которые могут субъективно сравнивать как подобные, так и разные по характеру системы.
Все элементы физиотерапевтического устройства размещены на печатной плате из стеклотекстолита СФ-2 толщиной 1...1,5 мм.
Методы компоновки элементов РЭА можно разбить на две группы: аналитические и модельные. К первым относятся численные и номографические, основой которых является представление геометрических параметров и операций с ними в виде чисел. Ко вторым относятся аппликационные, модельные, графические и натурные методы, основой которых является та или иная физическая модель элемента, например в виде геометрически подобного тела или обобщенной геометрической модели.
При аналитическом определении объемов замещающих фигур стремятся свести их количество к минимуму а размеры брать такими, чтобы сразу можно было получить значения установочного объема Vуст. Значение Vуст и подобных параметров элементов РЭА можно вычислить, пользуясь выражением:
m
КП=K SNi, (5.1)
i=1
где КП — компоновочный параметр;
K — коэффициент пропорциональности;
m — количество компоновочных параметров Ni.
Для расчета объема, веса и потребляемой мощности выражение (5.1) можно представить так:
n m
V=1/kv(SVоi+SVai), (5.2)
i=1 i=1
n
G=Kg SGi, (5.3)
i=1
G=G' V, (5.4)
n
Pпит=kp SPпитi., (5.5)
i=1
Здесь V — общий объем изделия;
kv — обобщенный коэффициент заполнения объема изделия элементами (иногда используют обобщенный коэффициент увеличения объема Kv, больший единицы, так как Kv =1/kv);
Vоi и Vai — значения установочных объемов однотипных Vо и единичных Va i-х элементов;
G — масса аппарата;
Kg — обобщенный коэффициент объемной массы изделия;
G'- объемная масса аппарата;
kp — коэффициент, учитывающий потери Pпит.
Значения kv лежат в пределах от 0,2 до 1, Vуст — от долей см3 до сотен дм3, Kg — от 1,2 до 3, Gi — от долей грамма до нескольких килограмм, G'- от 0,4 до 1,6 г/см3, kp — от 1,1 до 1,2.
Исходными данными для расчета являются:
— количество элементов в блоке;
— количество наименований элементов;
— физическая площадь элементов блока;
— физический объем элементов блока;
— физический вес элементов блока;
— линейные размеры;
— значение объемной массы — 0,8;
— коэффициент заполнения — 0,7.
В данном проекте расчет компоновочных показателей проведен с помощью программы на ПЭВМ. Распечатки с результатами расчета приведены в приложении Б настоящего дипломного проекта.
Таблица 5.1
Полученные данные
Тип
Объем, см3
Площадь, см2
Масса, г
1
2
3
4
К10-17 М1500-0,047 мкФ
0,60
0,40
2,0
К10-17 М47-0,068 мкФ
0,60
0,40
2,0
К50-35-25В-220мкФ
12,0
4,0
15,0
К50-35-50В-1000мкФ
22,0
7,0
25,0
К561ЛЕ5, ИЕ16
1,0
2,0
5,0
КР1006ВИ1
2,0
4,0
8,0
СD4046
8,0
10,0
18,0
Трансформатор сетевой
6,0
5,0
50,0
Трансформатор выходной
5,5
4,5
45,0
С2-23-0,125-100кОм
0,4
0,6
1,0
С2-23-0,25-1,2кОм
0,5
0,7
1,0
Реле РЭС 60
2,0
1,5
7,0
КЦ405Е
2,0
4,0
3,0
КТ315Б
0,3
0,4
1,0
КТ815Г
1,0
0,5
4,0
Общий компоновочный объем платы V = 6.5940000000Е+01
Общая компоновочная площадь платы S = 3.8010000000Е+01
Общая компоновочная масса аппаратуры М = 1.4248000000Е+02
По результатам расчета можно сделать вывод: полученные данные расчета вполне удовлетворяют требованиям технического задания.
продолжение
--PAGE_BREAK--6.
РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ И ВОССТАНАВЛИВАЕМОСТИ
Надежность является одним из свойств, которые определяют качество радиоэлектронного устройства. Надежность есть свойство системы сохранять величины выходных параметров в пределах установленных норм при заданных условиях (обеспечивать нормальную работу системы).
Под «заданными условиями» подразумеваются различные факторы, которые могут влиять на выходные параметры системы и выводить их за пределы установленных норм.
Для получения более или менее достоверных расчетных данных о надежности разрабатываемого изделия необходимо располагать аналитическими зависимостями, в наилучшей степени характеризующими взаимосвязи параметров элементов с выходными параметрами изделия, степенью влияния параметров элементов на выходные параметры изделия, т.е. «вес» каждого элемента в общей надежности изделия. Нужно знать поведение параметров элементов от действующих на них нагрузок, определяющихся режимом их использования и внешними воздействиями. Кроме того необходимо иметь сведения о вероятности появления возможных уровней режимов и внешних воздействий, а также степень взаимосвязей и взаимозависимостей элементов.
Поскольку элементы в общем случае могут находиться в рабочем режиме различное время, отличающееся от рабочего времени изделия, это также должно учитываться при расчете надежности.
Уточненный расчет показателей надежности выполняют на заключительных стадиях проектирования РЭУ, когда выбраны типы и типоразмеры элементов, спроектирована конструкция и имеются результаты расчета тепловых режимов, виброзащищенности и т.п.
Расчет выполняется при следующих допущениях:
а) отказы элементов случайны и независимы;
б) для элементов РЭУ справедлив экспоненциальный закон надежности;
в) принимаются во внимание только внезапные отказы, т.е. вероятность с точки зрения отсутствия постепенных отказов равна единице;
г) учитываются только элементы электрической схемы, а также монтажные соединения, если вид соединений заранее определен;
д) электрический режим и условия эксплуатации элементов учитываются более точно, чем при ориентировочном расчете, и, кроме того, принимаются во внимание конструктивные элементы устройства (шасси, корпус провода и т.п.).
Общими исходными данными для расчета этих надежностей являются:
— схема электрическая принципиальная устройства с перечнем элементов;
— значения коэффициентов нагрузки элементов, выбранные по таблицам для каждой группы элементов в зависимости от температуры окружающей среды;
— справочные значения интенсивностей отказов для групп элементов;
— время непрерывной работы устройства t=10000 ч;
— заданное время восстановления изделия tзад=1.2 ч;
— достаточное число отказов m=12.
Последовательность расчета:
1. Определяется коэффициент электрической нагрузки элементов РЭУ (КН) по следующей формуле:
КН=FРАБ/FНОМ,(6.1)
где FРАБ — электрическая нагрузка элемента в рабочем режиме, т.е. нагрузка, которая имеет место на рассматриваемом схемном элементе;
FНОМ— номинальная или предельная по ТУ электрическая нагрузка элемента, выполняющего в конструкции функцию схемного элемента.
В качестве электрической нагрузки FНОМнеобходимо использовать номинальные или предельные по ТУ электрические характеристики элементов, выбранные для проектируемой конструкции РЭУ. Электрические характеристики FРАБследует брать из результатов электрического расчета принципиальной электрической схемы РЭУ или получать путем экспресс-анализа (ориентировочной оценки) электрических нагрузок схемных элементов.
2. Принимается решение о том, какие факторы, кроме коэффициента электрической нагрузки, будут учтены.
Используя результаты конструкторских расчетов, определяются значения параметров, описывающих учитываемые факторы, причем эти значение желательно иметь для каждого элемента.
3. Формируются группы однотипных элементов.
Признаком объединения элементов в одну группу в данном расчете является не только функциональное назначение элемента, но и примерное равенство коэффициентов электрической нагрузки и параметров, описывающих другие учитываемые эксплуатационные факторы.
Если для элементов одного и того же функционального назначения значения КН£0,05...0,1, то такие элементы по коэффициенту электрической нагрузки допускается объединять в одну группу.
Под интенсивностью отказов понимают условную плотность времени до отказа изделия, определяемую при условии, что до рассматриваемого момента времени отказ не возник.
Информация о значениях интенсивностей отказов представлена в таблице 6.1.
Таблица 6.1
Значения интенсивностей отказов
Наименование элемента (группы, вид, тип)
Количество элементов в j-й группе, nj
Интенсивность отказов для элементов j-й группы lj, х10-6 1/ч
Произведение lj х nj, х10-6 1/ч
1
2
3
4
Полупроводниковые цифровые интегральные схемы
4
2,25
9
Полупроводниковые аналоговые интегральные схемы
1
2
2
Транзисторы кремниевые малой мощности
1
0,75
0,75
Транзисторы кремниевые средней и большой мощности
3
1,5
4,5
Блоки (мосты)выпрямительныегерманиевые
1
1,1
1,1
Светодиоды
5
0,7
3,5
Резисторы постоянные непроволочные
17
0,03
0,51
Резисторы переменные непроволочные
2
0,11
0,22
Конденсаторы керамические
5
0,05
0,25
Конденсаторы электролитические алюминиевые
4
0,55
2,2
Трансформатор сетевой
1
0,8
0,8
Трансформатор выходной
1
0,9
0,9
Переключатели малогабаритные
4
0,6
2,4
Тумблеры, кнопки
2
0,4
0,8
Реле электромагнитные миниатюрные
1
1,2
1,2
Вставка плавкая
2
0,5
1
Держатели предохранителя
2
0,2
0,4
Кабель сетевой
1
2
2
Кабели (шнуры)
2
0,6
1,2
Соединения пайкой, ток постоянный
170
0,04
6,8
Соединения пайкой, ток переменный
50
0,1
5
Плата печатного монтажа
1
0,2
0,2
Лепесток контактный
20
0,2
4
Вилка сетевая
1
0,5
0,5
Преобразователь пьезокерамический
1
0,25
0,25
Соединения винтами
20
0,001
0,02
å
51,5
4. Определяется суммарная интенсивность отказов элементов с учетом коэффициентов электрических нагрузок и условий их работы в составе устройства по следующим формулам:
m
lj(n)=l0j Õa(xi), (6.2)
i=1
k
lå(n)=ånjlj(n),(6.3)
j=1
где lj(n) — интенсивность отказов элементов j-й группы с учетом электрического режима и условий эксплуатации;
lj— справочное значение интенсивности отказов элементов j-й группы, j= 1, ..., k;
nj— количество элементов в j-й группе; j= 1, ..., k;
k— число сформированных групп однотипных эллементов; в предельном случае каждый элемент РЭУ может составлять отдельную группу;
a(xi) — поправочный коэффициент, учитывающий влияние фактора хi, i=1,…, m;
m— количество принимаемых во внимание факторов.
В качестве факторов хiмогут рассматриваться коэффициенты нагрузки Кн, температура и т.п.
Суммарная интенсивность отказов элементов равна:
lå=51,5х10-6 1/ч
После возникновения отказа работоспособность устройства восстанавливается путем ремонта (устранения неисправности). Затраты времени на восстановление отказа называются временем восстановления и складываются из времени поиска неисправности и времени замены неисправного элемента. Время восстановления является случайной величиной и распределено по экспоненциальному закону.
Расчет показателей надежности и восстанавливаемости проведены с помощью программных средств на ЭВМ. Распечатки с результатами расчета приведены в приложении В настоящего дипломного проекта.
В результате расчета для воздействия нормальной температуры окружающей среды были получены следующие параметры надежности:
Средняя наработка на отказ 348310,7 час.
Вероятность безотказной работы 0,972
Среднее время восстановления 1,26 час.
Вероятность восстановления 0,697
Коэффициент готовности 0,996
Вероятность норм. функционирования 0,972
Вероятность безотказной работы
с учетом восстановления 0,678
Таким образом, за 10000 часов работы в среднем 1000 устройств выйдет из строя только 38. Время восстановление вполне удовлетворительное (1,26 часа) для такого класса устройств. Полученные данные удовлетворяют требованиям ТЗ по надёжности.
7. Разработка печатной платы с использованием САПР
7.1 Разработка печатной платы
При разработке печатной платы будем учитывать следующие требования предъявляемые к печатным платам: проводящий рисунок должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, подтравливаний, разрывов, темных пятен, следов инструментов и остатков технологических материалов. Допускаются: отдельные местные протравы не более 5 точек на 1 дм2 при условии, что оставшаяся часть проводника соответствует минимально допустимой по чертежу. Риски глубиной не более 25 мкм и длиной до 6 мм; отслоение проводника в одном месте не длине не более 4 мм. Остатки металлизации на пробельных участках, не уменьшающие допустимых расстояний между элементами.
Для повышения коррозийной стойкости и улучшения паяемости на поверхность проводящего рисунка нанести электролитическое покрытие, которое должно быть сплошным, без разрывов, отслоений и подгаров. В отдельных случаях допускается: участки без покрытия площадью не более 0,2 мм2 на проводник, но не более 5 на плате; местные наросты высотой не более 0,2 мм; потемнение и неоднородность покрытия, не ухудшающие паяемость; отсутствие покрытия на торцах проводников.
Монтажные и фиксирующие отверстия должны быть расположены в соответствии с требованиями чертежа и иметь допустимые отклонения.
Разрывы контактных площадок не допускаются, т.к. это уменьшает адгезию к диэлектрику; уменьшается токонесущая способность проводника. Допускается частичное отклонение отдельных (2%) контактных площадок вне зоны проводников. Контактные площадки монтажных отверстий должны равномерно смачиваться припоем за время 3...5 с и выдерживать не менее трех перепаек без расслоения диэлектрика, вздутий и отслоений.
Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн имеет небольшие габаритные размеры. Для такого устройства необходимо изготовить плату с относительно малыми размерами.
Основные технические требования к печатной плате физиотерапевтического устройства в соответствии с ГОСТ 23752-86.
1. Габаритные размеры ПП не превышают установленных значений для малогабаритных плат — 150´100 мм.
K=Sэл/Sпп , (7.1)
где К- коэффициент заполнения;
Sэл— площадь занимаемых компонентов;
Sпп— площадь платы.
Sпп=10500/0.7=15000 мм
Размер печатной платы 150´100 мм.
2. Толщину ПП определяют в зависимости от механических нагрузок и технологических возможностей металлизации отверстий:
H>(2.5¸5)Dотв,(7.2)
H=2.51=2.5 мм
3. Толщина ПП выбирается из следующего ряда значений: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0мм. Допустимые отклонения по толщине не должны превышать: при толщине до 1 мм — ±0.15 мм; до 2 мм — ±0.20 мм; до 3 мм — ±0.30 мм. Печатная плата, имеет прямоугольную форму с соотношением сторон — 1:2.
4. Максимальные диаметры отверстий, располагаемые в узлах координатной сетки, зависят от максимального диаметра навесного элемента (dвыв), наличия металлизации и толщины платы. Исходя из выполнения условий пайки:
Dотв=dвыв+(0.2¸0.4)мм, (7.3)
Допустим dотв=0.8 мм. Тогда
Dотв=0.8+0.2 =1 мм
5. Плотность монтажа определяется шириной проводников и расстоянием между ними. В соответствии с ГОСТ 23751-79 для печатной платы второго класса точности монтажа, минимальная ширина и зазоры между проводниками 0.25 мм на наружных слоях, 0.2 мм — на внутренних слоях плат, а ширина проводника 0,45 мм.
Трассировку рисунка схемы проводят по координатной сетке с шагом по ГОСТ 10317-77 1.25 мм. Трассировку проведем с помощью программы PCADна ЭВМ.
6.Требуемое сечение проводников определяют в зависимости от материала проводника и величины тока.
Sn=h×t ³(r×Ln×I)/Uраб,(7.4)
где r— удельное сопротивление проводника (для медной фольги 0,017*10-6 Ом*м);
Ln— длина проводника;
h-ширина проводника;
I— величина тока через проводник.
Возьмем длину проводника равной Ln=0.5 м, а ток I=0.015 Aтогда
Sn³0.017*10-6×0.5×0.015/ 9
7. Плотность тока в печатных проводниках наружных слоев плат не должна превышать 20 А/мм2.
8. Плотность сцепления печатных проводников с основанием не менее 15 МПа.
9. Допустимый уровень рабочего напряжения не превышает Uраб — до 12 В.
10. Контактные площадки должны смачиваться припоем за 3-5 секунд и выдерживать не менее 3-х перепаек. После изготовления плата покрывается сплавом ПОСВ33.
Плата содержит 224 отверстий, из них 220 металлизированы. Изготавливается комбинированным позитивным методом. Диаметры отверстий с металлизацией 1.0 мм. Диаметры контактных площадок- не менее 2.0 мм. Толщина металлизации отверстий 20 мкм.
Плату необходимо изготовить из стеклотекстолита СФ-2-35 толщиной проводящего слоя 1,5±0,2 мм. Это достаточная толщина для придания печатной плате необходимой прочности.
Так как плата имеет малые размеры при относительно большом количестве деталей, то ее нужно делать двусторонней. Такая плата будет обладать повышенной надежностью, что является очень важным в медицинских приборах.
Отверстия под крепежные детали и для крепления Т1 сделать диаметром 4 мм.
7.2 Создание и редактирование ПП с помощью применяемого пакета сапр
Проект в САПР Р-CADпредставляется в двух видах: в виде схемы электрической принципиальной и в виде печатной платы. В соответствии с этим в САПР Р-CADимеются два графических редактора:
* схемный редактор, обеспечивающий создание принципиальной схемы:
* технологический редактор, предназначенный для редактирование топологии печатной платы.
Основой проекта является библиотека радиоэлементов. Технологический редактор использует технологическую библиотеку, определяющую так называемые “посадочные места” радиоэлементов для их установки на печатную плату.
Библиотечные элементы содержат как графическое описание, так и упаковочную информацию. Упаковочная информация представляет собой текстовое описание контактов и взаимные ссылки на нумерацию контактов символах схемной библиотеки и посадочных местах технологической библиотеки.
Создание библиотечных элементов является очень ответственным этапом, поскольку ошибки, внесенные с библиотечными элементами обычно трудно исправляются, а проект, построенный на неправильно созданных библиотечных элементах, подобен зданию, построенному из “кривых” кирпичей.
Первым этапом работы в технологическом образе проекта является размещение радиоэлементов на плате. Данный этап выполняется либо в автоматическом, либо в полуавтоматизированном вариантах. На заготовке печатной платы, содержащей контуры печатной платы и области запрета для размещения, устанавливаются радиоэлементы, а качество размещения оценивается по интегральному критерию оценки, учитывающему общую длину электрических связей и плотность электрических связей на печатной плате.
Этап создания топологии печатных проводников платы выполняется посредством автоматической трассировки соединений и/или при помощи интерактивной (полуавтоматической) прокладки трасс, которая выполняется в процессе редактирования топологии печатной платы.
Этап подготовки производства печатной платы включает в себя электрический и технологический контроль печатной платы, а также возможные внесения исправлений в готовый проект со стороны печатной платы. В результате внесенные изменения должны быть учтены в проекте.
Пакет прикладных программP
-
CAD
версии 8.5 (MasterDesigner) содержит в своем составе два графических редактора PC
-
CAPSи PC
-
CARDS, программу для автоматической трассировки соединений печатной платы PC
-
ROUTEи программы-утилиты, выполняющие служебные функции [23].
Рисунок 7.1- Размещение на диске программ и рабочих проектов САПР P
-
CAD
8.5
Управляющая оболочка PCAD
_
EXEпредназначена для интегрированного управления программами в САПР P
-
CAD
8.5. Запуск управляющей оболочки осуществляется при помощи командного файла pcad
.
bat. В результате появится основной экран управляющей оболочки САПР P
-
CAD
8.5
Экран содержит список имен проектов (Design), для каждого из проектов приводятся списки принципиальных схем (Schematic
Sheet) и печатных плат (PCB
Layout)/
В верхней части экрана указаны заголовки пяти разделов: Design
Manager-администратор системы, Schematic
Tools— создание схемы электрической принципиальной, PCB
Tools— проектирование топологии печатной платы, Library
Manager— администратор библиотек и Interfaces— интерфейсы (связь) с другими программами и периферийным оборудованием.
Создание библиотеки радиоэлементов является первым шагом работы над новым проектом.
При создании библиотечных элементов надо пройти следующие этапы:
- создание схемного (символьного) образа элементов;
- создание посадочного места для радиоэлемента на печатной плате;
- создание взаимосвязи между схемными и технологическими библиотечными элементами;
- внесение библиотечных элементов в библиотеки;
- создание контактных площадок.
Условные графические обозначения (УГО) создаются в Library
Manager/Symbol
Editor.
Командой Environment/Change
Unitsустанавливаем требуемую систему единиц. Командой View
Layerустанавливаем необходимые слои в активном состоянии. Командой Drawрисуются контура элементов на слое GATE. В виде текста на УГО наносится функциональное обозначение элементов — Draw/Text. Затем обозначаются выводы компонента, компонент упаковывается и сохраняется.
В PCB
Tools/PCB
Editorстроится печатная плата, а создание корпусов компонентов осуществляется в Library
Manager/Part
Editor.
В начале создания корпусов осуществляется подготовительная операция (установка системы единиц, шага координатной сетки, слоев). Рисуется контур корпуса командой Draw, затем ввод точек расположения выводов, текстов обозначений. Устанавливаем точку привязки и вводим информацию об упаковки. Сохраняется с расширением .prt.
Затем размещаем корпуса на печатной плате в PCBEditor.
Следующим действием осуществляется трассировка. Автоматическая трассировка соединений печатных плат осуществляется при помощи программы PC-ROUTE.
Входными данными для программы является файл проекта, в котором задано размещение элементов внутри конструктива печатной платы и заданы связи между элементами. Таким файлом является файл .PLC.
Выходными данными PC-ROUTE являются файлы:
-файл проекта, дополненный графической информацией о проложенных трассах печатных проводников, имеющий расширение PCB,
-файл сообщений, содержащий протокол трассировки.
Перед трассировкой необходимо указать границы области трассировки, а также границы областей, запретных для прокладки трасс печатных проводников.
Автоматическая трассировка запускается из PCB
Tools
\
Autoroter
. Если требуется проверить или скорректировать стратегию трассировки то необходимо воспользоваться EDIT
ROUTING
STRATEGY
.
Затем редактирование параметров описания контактных площадок в разделе Pad
Discription
, редактирование правил прокладки трасс. С помощью Pad
/
Pad
CLEARANCE
устанавливается расстояние между контактными площадками.
Когда все готово, PCAD
может осуществить обмен данными с другими пакетами САПР.
Система прикладного компьютерного программирования AutoCAD
предназначена для автоматизации чертежных работ. Она позволяет создавать любые чертежи, корректировать, компоновать [24].
Название от английского AutomatedComputerAidedDesign— автоматизированное компьютерное проектирование.
Основными функциями графического редактора системы являются:
Создание новых чертежей и сохранение их на диск.
Редактирование существующих чертежей.
Вывод чертежей на плоттер, принтер.
Преобразование чертежей, созданных предыдущими версиями редактора.
Восстановление испорченных чертежей.
Кроме этого Autocadимеет встроенный компелятор языка AutoLISP, который позволяет пользователю расширить возможности системы, а также средства разработки приложений на языке программирования SI.
Состав пакета меняется от версии к версии. В 12 версию включены следующие компоненты:
Executable/Supportfiles— выполняемые файлы и файлы поддержки системы.
Bonus/Samplefiles— файлы примеров сложных чертежей, демонстрирующих черчение схемы.
SupportSourcefiles— файлы исходных текстов описания шрифтов поставляемых системой.
IgesFontfiles— файлы шрифтов с различными специальными знаками и символами.
Tutorialfiles— файлы простых чертежей, выполненных с помощью основных команд AutoCAD.
ADSfiles— файлы системы разработки приложения, которые представляют собой диалект универсального языка SI, используемого шире, чем встроенный язык системы AutoLISP.
SQExtensionfiles— программа поддержки базы данных dBASE, Paradox, Oracle.
AMEfiles— расширение объемного конструирования, с помощью которого можно выполнять анализ трехмерных объектов.
Для работы AutoCAD12 и выше необходимы с IBMПК 386-486 и т.д., а также операционная система MS-DOS, PS-DOS5.0 и выше.
Структура каталогов при минимальной конфигурации выглядит следующим образом:
X:\ACAD
В DRVхранятся драйверы устройств, в FONTS— хранятся шрифты, SUPPORT— хранятся файлы поддержки.
Главное меню состоит из следующих:
0 — возврат в графический редактор;
1 — показать текущую конфигурацию системы;
2 — разрешить детальную настройку устройств;
3 — настройка дисплея ( видеоадаптер );
4 — настройка дигитайзера ( мышь, цифровой планшет );
5 — настройка плоттера или принтера;
6 — настройка системной кансоли;
7 — настройка рабочих параметров.
В AutoCAD
имеются чертежа-прототипы. Это некий шаблон чертежа, который копируется в создаваемый новый чертеж со значениями всех системных элементов. В системе координаты задаются условными единицами.
В AutoCAD
,в отличии от многих графических редакторов, где рисунок сохраняют в виде растра, описывающего состояние каждого пиксела экрана, представляют чертеж и примитивы в виде векторов. Такое представление имеет важное преимущество, заключающееся в возможности масштабирования чертежа без искажения пропорции его элементов и с высокой точностью. Сам файл чертежа в таком формате занимает меньше места. Недостаток — сложность преобразования при сканировании чертежа.
8. анализ технологичности конструкции устройства
Проектирование технологического процесса сборки и монтажа радиоэлектронной аппаратуры начинается с тщательного изучения исходных данных (ТУ и технических требований, комплекта конструкторской документации, программы выпуска, условий запуска в производство). На данном этапе основным критерием, определяющим пригодность аппаратуры к промышленному выпуску, является технологичность конструкции.
Под технологичностью конструкции понимают совокупность ее свойств, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями конструкций изделий аналогичного назначения при обеспечении заданных показателей качества [25].
Оценка технологичности преследует цели:
-определение соответствия показателей технологичности нормативным значениям;
-выявление факторов, оказывающих наибольшее влияние на технологичность изделий;
-установление значимости этих факторов и степени их влияния на трудоемкость изготовления и технологическую себестоимость изделия.
Для оценки технологичности конструкции используются многочисленные показатели, которые делятся на качественные и количественные. К качественным относят взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность и инструментальная доступность конструкции. Количественные показатели согласно ЕСТПП классифицируются на:
- базовые (исходные) показатели технологичности конструкций, регламентируемые отраслевыми стандартами;
- показатели технологичности конструкций, достигнутые при разработке изделий;
- показатели уровня технологичности конструкции, определяемые как отношение показателей технологичности разрабатываемого изделия к соответствующим значениям базовых показателей.
Номенклатура показателей технологичности конструкций выбирается в зависимости от вида изделия, специфики и сложности конструкции, объема выпуска, типа производства и стадии разработки конструкторской документации.
Базовые показатели технологичности блоков РЭА установлены стандартом отраслевой системы технологической подготовки производства. Все блоки по технологичности делятся на 4 основные группы:
- электронные: логические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированных систем управления и электронно-вычислительной техники, где число ИМС больше или равно числу ЭРЭ;
- радиотехнические: приемно-усилительные приборы и блоки, источники питания, генераторы сигналов, телевизионные блоки;
- электромеханические: механизмы привода, отсчетные устройства, кодовые преобразователи;
- коммутационные: соединительные, распределительные блоки, коммутаторы.
В данном дипломном проекте рассматривается радиотехнический блок. Для блока определяются 7 основных показателей технологичности (таблица 8.1), каждый из которых имеет свою весовую характеристику xi. Величина коэффициента весомости зависит от порядкового номера частного показателя в ранжированной последовательности и рассчитывается по формуле:
xi=q/2q-1,(8.1)
где q — порядковый номер ранжированной последовательности частных показателей.
Таблица 8.1
Показатели технологичности конструкции РЭС
Затем на основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности:
К=SКi*xi/3,9,(8.2)
К=0,85
Коэффициент технологичности находится в пределах 0
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:
КМ.М.=НМ.М/НМ,(8.3)
КМ.М.=0,93
где НМ.М.-количество монтажных соединений ИЭТ, которые предусматривается осуществить автоматизированным и механизированным способом. Для блоков на печатных платах механизация относится к установке ИЭТ и последующей пайке волной припоя;
НМ — общее количество монтажных соединений. Для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ определяются по количеству выводов.
Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:
КМ.П.ИЭТ=НМ.П.ИЭТ/НП.ИЭТ,(8.4)
КМ.П.ИЭТ=0,86
где НМ.П.ИЭТ — количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью автоматов и полуавтоматов;
НП.ИЭТ — общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.
Коэффициент освоенности ДСЕ:
КОСВ=ДТ.З/ДТ,(8.5)
КОСВ=0,89
где ДТ.З — количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее освоенных на предприятии;
ДТ — общее количество типоразмеров ДСЕ в РЭС.
Коэффициент применения микросхем и микросборок:
КМ.С.=КЭ.МС/(КЭ.МС+НИЭТ),(8.6)
КМ.С.=0,89
где КЭ.МС — общее число дискретных элементов, замененных микросхемами;
НИЭТ — общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы. К ИЭТ относятся резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы, разъемы, реле и другие элементы.
Коэффициент повторяемости печатных плат:
КПОВ.ПП=1-ДТПП/ДПП,(8.7)
КПОВ.ПП=0,5
где ДТПП – число типоразмеров печатных плат в РЭС;
ДПП — общее число печатных плат в РЭС.
Коэффициент применения типовых технологических процессов:
КТ.П.=(ДТ.П+ЕТ.П)/(Д+Е)(8.8)
КТ.П.=0,87
где ДТ.П и ЕТ.П — число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых технологических процессов;
Д и Е — общее число деталей и сборочных единиц в РЭС, кроме крепежа (винтов, гаек, шайб).
Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:
КА.Р.К=НА.Р.К/НР.К,(8.9)
КА.Р.К=0,5
где НА.Р.К — число операций контроля и настройки, выполняемых на полуавтоматических и автоматических стендах;
НР.К — общее количество операций контроля и настройки. Две операции: визуальный контроль и электрический являются обязательными. Если в конструкции имеются регулировочные элементы, то количество операций регулировки увеличивается пропорционально числу этих элементов.
Выше были представлены численные значения, полученные с помощью прикладной программы RTF8 на ПЭВМ, рассчитывающей показатели технологичности конструкции для радиотехнических и электронных блоков, которые представлены в приложении Г данного дипломного проекта. В результате выполнения программы был получен следующий листинг:
продолжение
--PAGE_BREAK--Расчет показателей технологичности
Выполнен на основе отраслевого стандарта ОСТ 4Г0.091.219-81
Название изделия: физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн
Тип аппаратуры: радиотехнический
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
Количество автоматизированных монтажных соединений (шт.)....205
Общее количество монтажных соединений (шт.)…………...……..220
ИЭТ, подготавливаемые к монтажу механизированным способом..32
Общее количество ИЭТ (шт.)…………………………………………37
Количество типоразмеров заимствованных ДСЕ……………………24
Общее количество ДСЕ в РЭС………………………………………..27
Число элементов, замененных ИМС………………………………..300
Число элементов ИЭТ, не вошедших в ИМС………………………..37
Число типоразмеров печатных плат……………………………….….1
Общее число печатных плат………………………………………..….2
Количество примененных типовых техпроцессов……………….….13
Общее количество техпроцессов……………………………………..15
Число автоматических операций контроля и регулировки………….1
Общее число операций регулировки и контроля……………………..2
Заданный показатель технологичности: …………………….…….0,65
Таблица 8.2 Полученные данные
Коэффициенты
Численные значения
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа
0,93
Коэффициент автоматиз. подготовки ИЭТ к монтажу
0,86
коэффициент освоенности ДСЕ
0,89
Коэффициент применения микросхем и микросборок
0,89
коэффициент повторяемости печатных плат
0,5
Коэффициент применения типовых техпроцессов
0,87
Коэффициент автоматизации контроля и настройки
0,5
Показатель технологичности комплексный
0,85
Вывод: поскольку Красч.>Кзад.(0,85>0,65), то конструкция изделия технологична, можно разрабатывать техпроцесс.
Для повышения технологичности конструкций необходимо выполнение следующих групп мероприятий:
— путем совершенствования конструкции блока: повышение унификации блока; расширение использования микросхем и микросборок; увеличение сборности конструкции; увеличение количества деталей, изготовленных прогрессивным методом, и уменьшение числа деталей, изготовленных точным способом; рациональная компоновка элементов на плате;
— совершенствованием технологии сборки: механизация подготовки элементов к монтажу путем использования автоматов, полуавтоматов; совершенствованием ТП монтажа; механизация операций контроля и настройки; применение прогрессивных методов формообразования деталей.
9. Разработка технологического процесса сборки устройства
Технологическим процессом сборки называют совокупность операций, в результате которых детали соединяются в сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия. Простейшим сборочно-монтажным элементом является деталь, которая характеризуется отсутствием разъемных и неразъемных соединений [25].
Сборочная единица является более сложным сборочно-монтажным элементом, состоящим из двух или более деталей, соединенных разъемным или неразъемным соединением. Характерным признаком сборочной единицы является возможность ее сборки отдельно от других сборочных единиц.
Технологическая схема сборки изделия является одним из основных документов, составляемых при разработке технологического процесса сборки. Расчленение изделия на сборочные элементы проводят в соответствии со схемой сборочного состава, при разработке которой руководствуются следующими принципами:
- схема составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей, электрической и кинематической схем изделия;
- сборочные единицы образуются при условии независимости их сборки, транспортировки и контроля;
- минимальное число деталей, необходимое для образования сборочной единицы первой ступени сборки, должно быть равно двум;
- минимальное число деталей, присоединяемых к сборочной единице данной группы для образования сборочного элемента следующей ступени, должно быть равно единице;
- схема сборочного состава строится при условии образования наибольшего числа сборочных единиц;
— схема должна обладать свойством непрерывности, т.е. каждая последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей.
Включение в схему сборочного состава характеристик сборки превращает ее в технологическую схему сборки.
На практике широко применяют два вида схем сборки: ІвеерногоІтипа и с базовой деталью.
Схема сборки с базовой деталью указывает временную последовательность сборочного процесса. При такой сборке необходимо выделить базовый элемент, т.е. базовую деталь или сборочную единицу. В качестве базовой выбирают ту деталь, поверхности которой будут впоследствии использованы при установке в готовое изделие. В большинстве случаев базовой деталью служит плата, панель, шасси и другие элементы несущих конструкций изделия. Направление движения деталей и сборочных единиц на схеме показывается стрелками, а прямая линия, соединяющая базовую деталь и изделие, называется главной осью сборки. Точки пересечения осей сборки, в которые подаются детали или сборочные единицы, обозначаются как элементы сборочных операций, например: Сб.1-1, Сб.1-2 и т.д., а точек пересечения вспомогательной оси с главной — как Сб.1, С6.2 и т.д.
При построении технологической схемы сборки каждую деталь или сборочную единицу изображают в виде прямоугольника, в котором указывают позицию детали по спецификации к сборочному чертежу, ее наименование и обозначение согласно конструкторского документа, а также количество деталей, подаваемых на одну операцию сборки.
Для определения количества устанавливаемых ЭРЭ и ИМС на плату в ходе выполнения сборочных операций рассчитывается ритм сборки:
r= ФД/N, (9.1)
где ФД — действительный фонд рабочего времени за плановый период;
N— программа выпуска.
r=24,3 мин/шт.
Действительный фонд времени рассчитывается:
ФД=Др*S*m* Крег.пер,(9.2)
где Др — количество рабочих дней в году, Др=250 дней;
S — число смен, S=1;
m — продолжительность рабочей смены, m=8 ч;
Крег.пер. — коэффициент, учитывающий время регламентированных перерывов в работе, Крег.пер.=0,94ё0,95.
ФД=250*1*8*0,95*60=114000 мин
Количество элементов, устанавливаемых по i-той операции, должно подчиняться условию
0,9
где Тi— трудоемкость i— й операции сборки.
Штучное время определяется:
ТШТ =ТОП*К*[1+ (К1+К2)/100, (9.4)
где ТОП — операционное время на выполнение операций для всего изделия;
К=1,0 — коэффициент учитывающий группу сложности изделий и всего устройства;
К1=7,6% — коэффициент учитывающий подготовительно- заключительное время, время обслуживания рабочих мест, время на личные нужды. Принимается в процентах от операционного времени;
К2 = 5% — коэффициент зависящий от условий работы, в данном случае простые и средние.
Результаты расчетов штучного времени сведены в таблицу 9.1.
Таблица 9.1
Результаты расчетов штучного времени
№
Последовательность операций
Вариант 1
Вариант 2
Оборудование и оснастка
Тшт
Ттпз
Оборудование и оснастка
Тшт
Ттпз
мин.
мин.
010
Подготовительная
-
-
-
-
-
-
020
Комплектовочная
-
-
-
-
-
-
030
Транспортировочная
-
-
4
-
-
4
040
Механосборочная
Приспособление
БМ 769-1358
2,52
10
Раcклепочник цеховой, ключ, отвёртка
6,76
-
050
Подготовка ЭРЭ
к монтажу
Полуавтомат
ГГ-2420
0,81
20
Приспособление
5,0
10
060
Установка микросхем на плату
Полуавтомат
УР-10
0,84
20
Стол монтажный СМ-3
Пинцет ГГ-7879-4215
10
-
070
Установка ЭРЭ на плату
Полуавтомат ГГ-24-20,
UNITRAPK-K -42
1,65
20
Пинцет ГГ-7879-4215
2,8
-
080
Пайка плат волной припоя
Линия пайки ЛПМ-500
1,54
50
Установка пайки
ПАП-300
1,8
50
090
Установка транзисторов
Стол СМ-3
1,65
10
Стол СМ-3, отвёртка
3
-
100
110
Установка трансформаторов
Очистка плат
Стол СМ-3
УЗ ванна
УЗВ-1.5
2,91
0,81
10
10
Стол СМ-3, отвёртка
Ванна цеховая, щетка
5,2
4,19
-
-
120
Маркировка,
Контроль
Приспособление визуального контроля
ГГ 63669\012
2,63
5
Приспособление визуального контроля ГГ 63669\012
2,63
5
Итого:
15,4
159
41,4
69
Для выбора подсчитаем штучно-калькуляционное время для каждого варианта по формуле:
,(9.5)
где: Tшт.колå— штучно-калькуляционное время iоперации сборки;
Tшт.i— штучное время, затрачиваемое на iсборку;
Tтпз.i— подготовительно-заключительное время, которое затрачивается на ознакомление с чертежами, получение инструмента, подготовку и наладку оборудования и выдается на всю программу выпуска;
— число операций ТП.
Tшт.колå=15,4+(159x1x254)/1000= 55,79
Tшт.колå=41,4+(69x1x254)/1000= 58,93
Таким образом, т.е. первый вариант ТП оказался более предпочтительным для данного размера партии.
Рассчитаем критический размер партии :
779(9.6)
где — число операций по 1 и по 2 варианту ТП соответственно;
y – количество смен;
Драб – количество рабочих дней на плановый период.
Программа выпуска учитывается на предмет возможного брака:
N= N*(1+L/100), (9.7)
где L3% — коэффициент брака.
N= 1000*(1+3/100) = 1030 шт
Рассчитаем трудоемкость установки элементов на печатную плату:
-для резисторов
Т1= t1+t2+t3+ t4,(9.8)
где t1= 0.6 мин — время распаковки и проверки;
t2= 0,066 — время обрезки выводов ЭРЭ;
t3 = 0,1 мин — время на формовку выводов;
t4= 0,07 мин — время на установку полуавтоматом.
Т1=0,84 мин
— для конденсаторов
Т2 = Т1, (9.9)
Т2=0,84 мин
— для микросхем
ТЗ= t5+ t6+ t7,(9.10)
где t5= 0.27 мин — время на распаковку и проверку;
t6=0.09 мин- время на формовку выводов микросхем;
t7 = 1,27 мин — время на установку микросхем с технологической фиксацией.
ТЗ= 1.63 мин
-для транзисторов
Т4 = t1+ t4,(9.11)
Т4= 0.68 мин
При разработке маршрутной технологии необходимо руководствоваться следующим:
1) при поточной сборке разбивка процесса на операции определяется тактом выпуска (ритмом сборки), причём время, затрачиваемое на выполнение каждой операции, должно быть равно или кратно ритму;
2) предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;
3) на каждом рабочем месте должна выполняться однородная по характеру и технологичности законченная работа;
4) после наиболее ответственных операций сборки, а также после регулировки или наладки предусматривают контрольные операции;
5) применяют более совершенные формы организации производства — непрерывные и групповые поточные линии, линии и участки гибкого автоматизированного производства (ГАП).
Технологическая схема сборки приведена в графической части данного дипломного проекта.
Для монтажа блоков РЭА на печатных платах будем использовать линию пайки ЛПМ-500, скорость транспортировки которой составляет 0,8-3 м/мин и габаритами 3800х850х1400. В качестве технологической оснастки выбирается тележка (ДМЩ-МА-488.00.00), пневмопресс для расклепывания (БМ 769-1358), пинцет (ГОСТ 21241-89), паяльник электрический (ПСН-40), распылитель (Р-1243-16) и тару цеховую.
Комплект документов на технологические процессы сборки, монтажа и контроля приведен в приложении Д дипломного проекта.
10. Технико-экономическое обоснование
10.1 Общие положения по экономическому обоснованию дипломного проекта
Экономическое обоснование дипломного проекта является завершающим этапом подготовки специалиста в высшем учебном заведении. Новая техника должна быть не только технически совершенной, но и экономически выгодной. На основе экономической оценки новой техники принимается решение об инвестициях в данный проект.
В данном разделе осуществляется переход от многочисленных отдельных технических параметров к оценке конструкции в целом, дается обобщенная оценка в денежном выражении разнообразных достоинств и недостатков новой техники.
Также необходимо в данном разделе дипломного проекта рассчитать экономический эффект от разработки и производства устройства. Экономический эффект (ЭТ) за расчетный период времени рассчитывается по следующей формуле:
ЭТ=РТ-ЗТ,(10.1)
где РТ — стоимостная оценка результата от внедрения мероприятия НТП, ден. ед.;
ЗТ — стоимостная оценка затрат на реализацию мероприятия НТП, ден. ед.;
т — расчетный период времени, лет.
Под расчетным периодом понимается время, в течение которого капиталовложение оказывает воздействие на производственный процесс. В качестве расчетного периода предприятие-производитель новой техники может принять прогнозируемый срок производства новой техники [33].
продолжение
--PAGE_BREAK--10.2 Характеристика проекта
Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн является изделием медицинской техники. Оно предназначено для лечения различных заболеваний. Внешне прибор представляет собой устройство состоящее из основного блока, который подключается к сети электропитания с напряжением 220В и частотой 50 Гц, и двух связанных с ним источников механических колебаний, с помощью которых осуществляется непосредственное воздействие на организм человека.
Устройство предназначено для профилактики и лечения таких заболеваний как остеохондроз, простатит, трофической язвы, переломов, отеков ушибов, гайморита, ринита, бессонницы, ожогов и некоторых других. Оно может применяться также в косметических целях, для снятия усталости, для восстановления и развития голоса. Высокая эффективность лечения достигается многократным увеличением микрокапилярного кровотока и лимфотока в ограниченной болезненной области.
Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн может применяться в лечебно-профилактических и санаторных учреждениях. Предполагается, что физиотерапевтический аппарат будет пользоваться спросом, т.к. разрешено его использование в домашних условиях. Он будет сопровождаться подробной инструкцией по применению. Цена будет доступна для рядового покупателя.
10.3 Расчет стоимостной оценки результата
10.3.1 Прогноз объема продаж и расчетного периода
Исходя из того, что у физиотерапевтического устройства на основе применения упругих волн конструкция конструкция относительно проста, и состоит в основном из комплектующих отечественного производства, можно предположить, что достаточно быстро можно развернуть его производство. Людей страдающих заболеваниями, при лечении которых может использоваться этот прибор, достаточно велико. Поэтому аппарат будет пользоваться спросом. Учитывая вышесказанное можно предположить, что в год можно реализовать 1000 штук таких устройств. Такой объем продаж будет поддерживаться на протяжении 5 лет, т.к. у него почти нет конкурентов.
При этом учитывается, что внедрение разрабатываемого устройства производится во второй половине 2000 г.
10.3.2 Расчет себестоимости и отпускной цены единицы продукции
Себестоимость продукции — это выраженная в денежной форме сумма затрат на производство и реализацию продукции. В самом общем виде в состав затрат включаются материалы, комплектующие изделия и полуфабрикаты, заработная плата (основная и дополнительная) персонала, износ специнструментов и приспособлений, расходы по содержанию и эксплуатации оборудования, цеховые, общезаводские расходы, прочие производственные и внепроизводственные расходы. В состав себестоимости включаются также некоторые налоги и отчисления, определяемые согласно действующему законодательству.
В статью “Сырье и материалы за вычетом возвратных отходов” включается стоимость основных и вспомогательных материалов, необходимых для изготовления единицы продукции по установленным нормам. Формула расчета следующая:
РМ=КТР*НPi*Цi-ОВi*ЦOi,(10.2)
где КТР — коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы при приобретении материалов;
Нpi— норма расхода i-го вида материала на единицу продукции;
Цi— отпускная цена за единицу i-го вида материала, руб.;
ОВi— возвратные отходы i-го вида материала, руб.;
Цoi— цена за единицу отходов материала i-го вида, руб.
Коэффициент транспортно-заготовительных расходов можно принять равным 1,1-1,2. Для упрощения расчетов возвратные отходы можно принять в размере 1% от стоимости материалов с учетом транспортно-заготовительных расходов.
Так как номенклатура применяемых в изделии материалов широка, то расчеты удобно производить в табличной форме (таблица 10.1). (приведенные цены в таблицах в деноминированных рублях)
Таблица 10.1
Расчет затрат на материалы
Наименование материала
Единицы измерения
Норма расхода
Оптовая цена за единицу, руб.
Сумма,
руб.
1
2
3
4
5
Припой ПОС-61
кг
0,02
4000
80
Флюс ФКТ
кг
0,001
2500
2,5
Подставка для паяльника
шт
1
360
360
Жало для паяльника
шт
1
500
500
Паяльник
шт
1
1700
1700
Кисточка для флюса
шт
1
240
240
Пластмасса
кг
0,1
600
60
Стеклотекстолит
м2
0,005
10000
50
Металлическая лента
м
0,05
800
40
Металлический лист
м2
0,002
1500
3
Провод ПЭВ-0,1
м
10
50
500
Провод изолированный
м
1
75
75
Провод монтажный
м
1,6
50
80
Эпоксидная смола
кг
0,015
900
13,5
Итого
3704
Транспортно-
заготовительные расходы
185,2
(5%)
ВСЕГО
3889,2
В статье “Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера” учитываются затраты, связанные с приобретением со стороны готовых комплектующих изделий и полуфабрикатов, которые подвергаются обработке и монтажу на предприятии, транспортно-заготовительные расходы на их приобретение и доставку. Норма расхода комплектующих и полуфабрикатов принимается по спецификации.
Расчет затрат по этой статье на единицу продукции производится следующим образом:
РК=КТР*NKJ*ЦJ,(10.3)
где КТР — коэффициент, учитывающий транспортно-заготовительные расходы при приобретении материалов;
NKJ— количество комплектующих или полуфабрикатов j-того вида на единицу продукции, шт.;
ЦJ— отпускная цена j-того вида комплектующих изделий.
Так как в радиоэлектронных отраслях номенклатура применяемых комплектующих изделий и полуфабрикатов довольно обширна, расчеты затрат по этой статье также удобно производить в табличной форме (таблица 10.2).
Таблица 10.2
Расчет затрат на комплектующие изделия
Наименование комплектующего или полуфабриката
Количество на единицу, шт
Цена,.руб
Сумма, руб.
1
2
3
4
Шуруп саморез М6
8
100
800
Паспорт
1
500
500
Шнур сетевой
1
90
90
Резисторы С2-23-0,125
18
12
216
Конденсаторы К10-17
5
70
350
К50-35
4
40
160
Транзисторы КТ315
1
8
8
КТ815Г
3
12
36
Диоды КД522
4
35
140
АЛ307Б
4
34
136
Микросхемы К561ЛЕ5
1
135
135
К561ИЕ16
1
150
150
CD4046
1
300
300
КР142ЕН8
1
150
150
КР1006ВИ1
1
102
102
Трансформатор ТС
2
1000
2000
Кольцо ферритовое
1
500
500
Итого
5773
Транспортно-заготови-
тельные расходы (5%)
288,7
ВСЕГО
6061,7
В статье “Основная заработная плата производственных рабочих” учитывается только заработная плата основных производственных рабочих, непосредственно связанных с технологическим процессом по изготовлению прибора. В состав основной заработной платы включается прямая заработная плата и оплата по действующим премиальным системам.
Расчет затрат по этой статье производится следующим образом:
ЗОJ=КПР*ТЧi*tiJ,(10.4)
где КПР — коэффициент премий, установленный за выполнение определенных показателей;
ТЧi— часовая тарифная, соответствующая разряду работ i-той операции, руб./час;
tiJ— норма времени i-той операции по j-му изделию, час/шт.
Расчет основной заработной платы производственных рабочих приведен в таблице 10.4.
Таблица 10.3
Тарифная ставка
Сумма
Тарифная ставка 1-го разряда
4610
27,34
Количество часов в месяц
168,6
Таблица 10.4
Расчет основной заработной платы
Вид работ
Разряд работ
Трудо-емкость,
н/ч
Тарифный коэффи-циент
Средняя зарплата за час работы,.руб
Сумма заработной платы, руб.
1
2
3
4
5
6
1 Заготовительная
4
2
1,57
43
86
2 Сборочные
5
3,5
1,73
47,3
166
3 Контрольно-регулиров.
6
10
1,9
52
520
4 Сборка и контроль
5
2,5
1,73
47,3
118,2
Итого
890,2
Премия (40%)
356,1
ВСЕГО с премией
1246,3
Калькуляция себестоимости прибора приведена в таблице 10.5.
Таблица 10.5
Калькуляция себестоимости прибора
Наименование статей затрат
Усл. обозн.
Методика расчета
Сумма, тыс.руб.
1
2
3
4
1 Сырье и материалы
РМ
Табл.10.1
3889.2
2 Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты
РК
Табл.10.2
6061.7
3 Основная заработная плата производственных рабочих
ЗО
Табл.10.4
1246.3
4 Дополнительная заработная плата произв. Рабочих
ЗД
ЗД = (ЗО *НД)/100
НД=20%
249.3
5 Отчисления в фонд социальной защиты и в фонд занятости
РСОЦ
РСОЦ=(ЗО+ ЗД )*НСОЦ
НСОЦ=35%+1%=36%
538
.6 Чрезвычайный налог в фонд Чернобыля
РЧН
РЧН=( ЗО+ ЗД)*НЧН
НЧН=4%
60
7 Износ инструментов и приспособлений целевого назначения
РИЗ
РИЗ= ЗО*НИЗ/100
НИЗ=10%
125
8 Общепроизводственные расходы
РОБП
РОБП= ЗО*НОБП/100
НОБП=100%
1246.3
9 Общехозяйственные расходы
РОБХ
РОБХ=ЗО*НОБХ/100
НОБХ=150%
1870
10 Прочие производственные расходы
РПР
РПР= ЗО* НПР/100
НПР=1%
12.5
Производственная себестоимость
СПР
СПР=РМ+РК+ЗО+ЗД+
+РСОЦ+РЧН+РИЗ+РОБП+
+РОБХ+РПР
15298
11 Коммерческие расходы
РКОМ
РКОМ=СПР * НКОМ/100
НКОМ=2%
306
12 Полная себестоимость
СП
СП= СПР+ РКОМ
15604
13 Плановая прибыль на единицу продукции
ПЕД
ПЕД= СП*НРЕ
НРЕ=30%
4681
14 Оптовая цена предприятия
ЦОПТ
ЦОПТ= СП+ ПЕД
19979
15 Отчисления в спецфонды (сельхозналог, отчисления в ведомственный жилой фонд, на содержание детских дошкольных учреждений
ОСФ
ОСФ=(СП+ПЕД)* НСФ/(100-НСФ)
НСФ=2.5%
520
ИТОГО Ц
Ц
Ц=СП+ПЕД+ОСФ
20805
16 Налог на добавленную стоимость
НДС
НДС=Ц*НДС/100
НДС=20%
4161
17 Отпускная (свободная) цена
ЦОТП
ЦОТП=СП+ПЕД+ОСФ+
+НДС
24966
10.3.3 Расчет чистой прибыли от внедрения проекта
Абсолютную величину прибыли (Пt), оставшуюся в распоряжении предприятия в году t, определяют по формуле:
Пt=(Цt-Сt-Оt)*Nt*(1-Нt/100),(10.5)
где Цt— прогнозируемая цена изделия в году t, ден.ед.;
Сt— себестоимость единицы изделия в году t, ден.ед.;
Оt— косвенный налог, включаемый в цену изделия в году t, ден.ед.;
Nt— объем выпуска в году t, шт.;
Нt— процент налога на прибыль в году t, %.
Пt=(20805-15604-4161)*1000*0.75=3900000 руб.
Пt=(20805-15604-4161)*1000*0.75=1900000 руб.
10.4 Расчет стоимостной оценки затрат
Стоимостная оценка затрат у производителя новой техники определяется с учетом состава затрат, необходимых для ее разработки и производства.
Предпроизводственные затраты определяются по формуле:
КПП.З=SНИОКР+КОСВ,(10.6)
где SНИОКР— сметная стоимость НИОКР, ден.ед.;
КОСВ — затраты на освоение производства и доработку опытных образцов продукции, ден.ед..
10.4.1 Определение сметной стоимости НИОКР
Смета затрат на проведение научно-исследовательской работы рассчитывается по следующим статьям:
1. Материалы и комплектующие;
2. Спецоборудование;
3. Расходы на оплату труда:
3.1Основная заработная плата;
3.2Дополнительная заработная плата;
4. Налоги и отчисления, приравненные к материальным затратам;
5. Командировочные расходы;
6. Амортизация на полное восстановление основных фондов;
7. Услуги сторонних организаций;
8. Прочие расходы;
9. Накладные расходы.
На статью ‘Материалы и комплектующие’ относятся затраты на материалы (сырье, основные и вспомогательные материалы, топливо, электроэнергия, вода, газ, пар, запасные части, покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия, необходимые для выполнения конкретной темы (за вычетом возвратных отходов). Затраты на материалы состоят из затрат на приобретение, заготовку и доставку их на склады по действующим ценам с учетом транспортно-заготовительных расходов.
Величина транспортно-заготовительных расходов составляет 5-10 %.
Расходы на материалы и комплектующие приведены в таблице 10.6.
Таблица 10.6
Расчет затрат по статье материалы
Наименование вида
Материального ресурса
Единицы
измерения
Норма
расхода
Цена за един., руб.
Сумма, руб.
1
2
3
4
5
Резисторы
С2-23-0,125
Шт
18
12
216
Конденсаторы
К10-17
К50-35
Шт
Шт
5
4
70
40
350
160
1
2
3
4
5
Транзисторы
КТ315
КТ815Г
Шт
Шт
1
3
8
12
8
36
Диоды
КД522
АЛ307Б
Шт
Шт
4
4
35
34
140
136
Микросхемы
К561ЛЕ5
К561ИЕ16
CD4046
КР1006ВИ1
КР142ЕН8А
Шт
Шт
Шт
Шт
Шт
1
1
1
1
1
135
150
300
102
150
135
150
300
102
150
Трансформатор ТС
Шт
2
1000
2000
Провод монтажный
м
1,6
50
80
Провод сетевой
м
1
90
90
Провод изолированный
м
1
75
75
Припой ПОС-61
Кг
0,02
4000
80
Стеклотекстолит с двусторонним медным покрытием
М2
0,005
10000
50
Итого
4258
Транспортно- заготовительные расходы (10%)
425,8
ВСЕГО
4683,8
На статью “Спецоборудование” относятся затраты на приобретение и изготовление специальных инструментов, приспособлений, приборов, стендов, аппаратов и др. необходимых для выполнения только данной конкретной работы. В данном случае эта статья отсутствует, т.к. при разработке будет использоваться оборудование и инструменты, которые использовались для предыдущих разработок.
На статью “Основная заработная плата” относится заработная плата, начисленная исходя из ставок и должностных окладов с учетом премий научных сотрудников, инженерно-технических работников, лаборантов, чертежников и пр., занятых выполнением данной НИР и ОКР. Сумма основной заработной платы устанавливается исходя из численности различных исполнителей и трудоемкости выполняемых работ в чел.-дн. или чел.-час, а также среднедневной или среднегодовой зарплате по каждой профессии работников. Ставка за один день (или час) определяется путем деления месячного должностного оклада на количество рабочих дней (часов) в месяце.
Расчет основной заработной платы приведен в таблице 10.7.
Таблица 10.7
Расчет основной заработной платы научных сотрудников
Виды работ
Исполнители
Затраты труда,
чел.-дн.
Зарплата за день работы, руб.
Сумма прямой зарплаты, руб.
1
2
3
4
5
Утверждение ТЗ
Руководитель
14
2000
28000
1.Подбор и изучение литературы
Научный сотрудник
20
700
14000
2.Разработка чертежей
3.Разработка документации
Итого
42000
Премий 20%
8400
ВСЕГО
50400
Калькуляция по теме НИОКР приведена в таблице 10.8.
Таблица 10.8
Смета затрат по НИР и ОКР
Статьи затрат
Усл. обозн.
Методика расчета
Сумма, руб.
1
2
3
4
1 Расход на материалы
РМ
Табл.11.6
4683.8
2 Основная заработная плата научно-производственного персонала
ЗО
Табл.11.7
50400
3 Дополнительная заработная плата научно-производствен-
ного персонала
ЗД
ЗД=ЗО*НД/100
НД=20%
10080
4 Основная и дополнительная зарплата прочих кате- горий работающих
ЗПК
ЗПК=(ЗО+ЗД)*КПР
КПР=1
60480
5 Отчисления в фонд социальной защиты
РСЗ
РСЗ=(ЗО+ЗД+ЗПК)*НСЗ/100
НСЗ=36%
43546
6 Услуги сторонних организаций
РУС
Расчет по смете либо 4-10% от ЗО
5040
7 Прочие прямые расходы
РПР
РПР=(РМ+ЗО+ЗД+ЗПК+РСЗ+ +РУС)*НПР/100, НПР=10%
17423
8 Чрезвычайный “Чернобыльский налог”
РН
РН=ЗО*НЧЕР/100
НЧЕР=4%
2016
9 Косвенные накладные расходы
РКОС
РКОС=ЗО*НКОС/100
НКОС=200%
100800
10 ИТОГО
полная себестоимость
СП
СП=РМ+ЗО+ЗД+ЗПК+РСЗ+ +РУС+РПР+РН+РКОС
294469
11 Плановая прибыль
ПП
ПП=СП*НП/100
НП=20%
58894
12 Оптовая цена
ЦОП
ЦОП=СП+ПП
353363
13 Отчисления в специальные фонды
ОСФ
ОСФ=(СП+ПП)*НСФ/(100-НСФ)
НСФ=2.5%
9061
14 Отчисления производителям с/х продукции
ОСХ
ОСХ=(СП+ПП+ОСФ)*НСХ/
/(100-НСХ)
НСХ=1.5%
5520
15 Налог на добавленную стоимость
НДС
НДС=(СП+ПП+ОСФ+ОСХ)* *НДС/100, НДС=20%
73590
16 Отпускная цена
ЦОТП
ЦОТП=СП+ПП+ОСФ+ОСХ+
+НДС
441534
В результате на НИОКР затраты составляют 441534 тыс. рублей.
КОСВ =20% от SНИОКР, то КПП.З=441534+68466=0,5 млн. руб.
10.4.2 Арендная плата за использование площади и оборудования
Для производства данного устройства необходимо площадь в 98м2. Исходя из того, что стоимость 1м2=2800 руб. в месяц, то 98м2 будут стоить 230200руб. в месяц.
Тогда за год арендная плата за использование площади составит — 2762000 руб.
Арендная плата за использование оборудования — 438000 руб.
Единовременные затраты (Кп) определяются по формуле:
КПП=КОБ+КПЛ,(10.7)
где КОБ — арендная плата за использование оборудования;
КПЛ — арендная плата за использование площади.
КПП=3200000 руб.
10.5 Расчет экономического эффекта
На основе расчетов приведенных выше, определяется целесообразность внедрения инженерного проекта.
Расчет экономического эффекта проводится с использованием приведения разновременных затрат и результатов к единому моменту времени. Коэффициент приведения (at) рассчитывается по формуле:
at=1/(1+ЕН)t-tр,(10.8)
где ЕН — норматив приведения разновременных затрат и результатов, Ен=0.15;
tp-расчетный год, tp=1;
t- год, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году (tp).
a1=1/(1+0.15)1-1=1
a2=1/(1+0.15)2-1=0.87
a3=1/(1+0.15)3-1=0.77
a4=1/(1+0.15)4-1=0.67
a5=1/(1+0.15)5-1=0.57
Расчет экономического эффекта приведен в таблице 10.9.
Таблица 10.9
Расчет экономического эффекта.
Показатели
Ед.измерения
Расчетный период
2000
2001
2002
2003
2004
1
2
3
4
5
6
7
1. Прогнозный объем производства
шт.
500
1000
1000
1000
1000
2. Прогнозная цена
руб.
20805
20805
20805
20805
20805
3. Себестоимость единицы продукции
руб.
15604
15604
15604
15604
15604
4. Чистая прибыль от внедрения ((п.2- п.3)*п.1)*(1-Нt)
млн. руб.
1,9
3,9
3,9
3,9
3,9
5. То же с учетом фактора времени(п.4*п.13)
млн. руб.
1,9
3,4
3,0
2,6
2,2
ЗАТРАТЫ:
10. Предпроизводствен-ные затраты
млн. руб.
0,5
-
-
-
-
11. Единовременные капитальные влож.
млн. руб.
1,6
3,2
3,2
3,2
3,2
Затраты на рекламу(прогноз)
млн. руб.
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
10.Всего затрат
млн. руб.
2,3
3,4
3,4
3,4
3,4
11.То же с учетом фактора времени (п.9*п.13.)
млн. руб.
2,3
2,96
2,6
2,3
1,9
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
12.Превышение результата над затратами (п.5-п.10)
млн. руб.
-0,4
0,44
0,4
0,3
0,3
11.То же с нарастающим итогом
млн. руб.
-0,4
0,04
0,44
0,74
1,04
12.Коэффициент приведения
1
0,87
0,77
0,67
0,57
В результате проведенного расчета по предложенной программе при изготовлении физиотерапевтического устройства на основе применения упругих волн в течении пяти лет прибыль составит 1040000 руб.
11. Охрана труда и экологическая безопасность
Защита от ультразвука при эксплуатации физиотерапевтического устройства
Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн является изделием медицинской техники. Оно предназначено для лечения различных заболеваний. Высокая эффективность лечения достигается многократным увеличением микрокапиллярного кровотока и лимфотока в ограниченной болезненной области.
Основным элементом физиотерапевтического устройства является ультразвуковой генератор, который работает в диапазоне от 20 до 66 кГц.
Низкочастотная ультразвуковая аппаратура генерирует интенсивный слышимый шум, особенно когда она работает в области ниже 20 кГц. Спектр этого шума является дискретным: на рабочей частоте и первой субгармонике отмечается резкий подъем уровня звукового давления [34].
Частота меняется плавно. Каждый из диапазонов имеет импульсный режим. Интенсивность ультразвука в приборе не превышает 1,2 Вт/см2.
При разработке устройства имеют место следующие вредные факторы: поражение электрическим током (вся аппаратура работает от сети 220 В, 50 Гц), воздействие ультразвука (источником ультразвука является УЗ генератор), а также опасность возникновения пожара (в случае короткого замыкания возможно возгорание изоляции). Все эти факторы негативно влияют на здоровье человека, а в некоторых случаях могут быть опасны для жизни.
При воздействии ультразвука на организм человека, происходит нагрев тела, а при воздействии колебаний на руки через жидкие и твёрдые среды может быть разрыв и разрушение тканей.
Согласно [35] характеристикой ультразвука, создаваемого колебаниями воздушной среды в рабочей зоне, являются уровни звукового давления (дБ) в третьоктавных полосах со среднегеометрическими частотами от 12.5 до 100.0 кГц.
Допустимые уровни звукового давления на рабочих местах при действии ультразвука в зависимости от среднегеоментрических частот 1/3 октавных полос не должны превышать значений приведенных в таблице 11.1.
продолжение
--PAGE_BREAK--