Разработка конструкции и технологии изготовления модуля управления временными параметрами

width="242" height="25" align="BOTTOM" border="0" /> , (5.6.1)

где L1, L2, L3- соответственно длина, ширина и высота блока;

Kv - коэффициент заполнения объёма корпуса.

За основной показатель, определяющий области целесообразного применения способа охлаждения, принимается величина плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена:

(5.6.2)

где P-суммарная мощность, рассеиваемая блоком с поверхности теплообмена;

Kp - коэффициент, учитывающий давление воздуха. Для указанного диапазона давлений; Kp=1.

Значит Lg q=Lg7,89=0,9

Вторым показателем служит минимально допустимый перегрев элементов в блоке:

dT=Ti min-Tc , (5.6.3)

где Ti min - допустимая температура корпуса наименее теплостойкого элемента;

Tc - температура окружающей среды. Для естественного охлаждения

Tc=Tc max (5.6.4)

Согласно данным, приведённым в подразделе, наименее теплостойкими элементами являются конденсаторы типа К50-6 и резисторы СП5-3. Для них Tmin=70°С.

Таким образом

dTc=70-40=30°C

Далее, используя график зависимости dTc=f(lgq), приведённый на рисунке 7.8 [17], выбираем предпочтительный способ охлаждения. Вся методика расчёта и рисунок взяты из [17].

Рассчитанным выше значениям lg q и dT соответствует область 1. Для данной области целесообразно применение естественного воздушного охлаждения. Таким образом, для охлаждения измерительного блока выбираем естественное воздушное охлаждение. Такое охлаждение является наиболее простым, надёжным и дешёвым способом охлаждения и осуществляется без затрат дополнительной энергии.

5.6.2 Выбор способа герметизации

Герметизация - обеспечение практической непроницаемости корпуса РЭС для жидкостей и газов с целью защиты его элементов и компонентов от влаги, плесневых грибов, пыли, песка, грязи и механических повреждений [20,21].

Различают индивидуальную, общую, частичную и полную герметизацию.

Часто РЭС располагают в разъёмном герметичном корпусе, который затем заполняют сухим воздухом или инертным газом, после чего корпус запаивается. При размещении РЭС в неразъёмном корпусе существенно затрудняется доступ к компонентам.

В соответствии с изложенным выше анализом климатических и дестабилизирующих факторов, делаем вывод, что для обеспечения нормальной работы блока измерения, выполнения всех требований ТЗ никаких работ по герметизации блока не требуется.

5.6.3 Выбор способа виброзащиты

Под вибрациями понимают механические колебательные процессы, оказывающие при соответствующих уровнях дестабилизации влияние на работу аппаратуры.

Вибропрочность - способность РЭС работать в условиях воздействия вибрационных нагрузок.

Виброустойчивость - способность конструкции противостоять разрушающему действию вибрации и продолжать нормально работать после устранения вибрационных нагрузок [14].

Виброизоляция - эффективный способ повышения надёжности РЭС, функционирующих в условиях механических воздействий. Энергия механических колебаний поглощается специальными приспособлениями-виброизоляторами.

Так как модуль эксплуатируется в стационарных условиях, то предполагаем, что для обеспечения виброзащиты достаточно применения опорных виброизоляторов.

5.6.4 Выбор способа экранирования

Экранированием называется локализация электромагнитной энергии в определённом пространстве за счёт ограничения её распространения всеми возможными способами [23].

Предложенное ранее разделение схемы электрической принципиальной позволяет в наибольшей степени обеспечить её надёжное функционирование.

Для экранировки от внешних магнитных полей блок заземляется.

Внутренний электрический монтаж между узлами блока выполнен гибкими монтажными проводами, сигнальные цепи - гибким проводом в экранирующей оплётке.

По цепям питания необходимо предусмотреть развязывающие фильтры.

Предполагаемые мероприятия по экранированию должны обеспечить надёжную работу измерительного блока.

Дополнительные требования к конструкции разрабатываемого блока могут быть скорректированы при последующем проектировании при проведении соответствующих расчётов[23].

5.6.5 Обеспечение электрической прочности

Проблема обеспечения электрической прочности ЭВА, особенно актуальна для элементов в интегральном исполнении и печатных плат, где зазоры между токоведущими дорожками малы и напряженность электрического поля может достигать больших значений при небольших напряжениях. Кроме того, пробивное напряжение снижается при повышении температуры диэлектрика, при сорбции влаги пылью и полимерными материалами.

Явление образования, под действием электрического поля проводящего канала в диэлектрике, называется электрическим пробоем. У твердых диэлектриков кроме пробоя по объему, возможен пробой по поверхности в окружающей среде. напряжение такого пробоя зависит от природы окружающей диэлектрик Среды, содержания влаги, формы проводников, наличия загрязнения на поверхности диэлектрика и наличия веществ, способных поглощать влагу(например, разнообразные пыли). Для повышения пробивного напряжения платы покрывают лаком, исключают острые углы при трассировке печатных проводников, производят сушку плат перед нанесением лака, следят за содержанием пыли и влаги в газовой среде технологических помещений, увеличивают пробивной промежуток благодаря установке дополнительных ребер (высоковольтных изоляторов).

Обеспечение электрической прочности тесно связано с проблемой влагозащиты. На выбор способа влагозащиты большое влияние оказывает объем производства.

6 Разработка технологических процессов

6.1 Оценка технологичность

Анализ устройства на технологичность проводится с целью проверки, насколько изделие обеспечивает следующие требования: максимальное использование в конструкции изделия стандартных, нормализованных и заимствованных деталей и узлов; механизацию и автоматизацию отдельных технологических операций и всего процесса в целом; применение наиболее прогрессивных методов выполнения заготовительных, сборочных и контрольных операций; обоснованное определение классов чистоты и точности изготовления деталей и узлов; минимальное количество применяемых марок и типоразмеров материалов; применение типовых технологических процессов; использование стандартной и нормализованной технологической оснастки и оборудования.

Анализ и отработка конструкции изделия на технологичность должны проводиться с учётом программы его выпуска и конкретных условий завода-изготовителя.

Для объективной оценки технологичности изделия вводятся показатели технологичности, состоящие из системы частных Кчi и комплексного показателей и предназначенные для задания конструктору требований технологичности при проектировании нового изделия, а также ее оценки до передачи конструкции в производство. Методика расчета технологичности для электронных узлов приведена в [**].

Комплексный показатель технологичности определяется по формуле:

(6.1)

где Кi - коэффициент значимости i-го частного показателя технологичности, определяемый по методике изложенной в [**].

Коэффициент использования микросхем определяется по формуле:

(6.2)

где - количество микросхем

- количество радиоэлементов

По выражению (6.2) вычислим коэффициент использования микросхем:

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа определяется по следующей формуле:

(6.3)

где - количество монтажных соединений, выполненных автоматизированным или механизированным способом;

- общее количество монтажных соединений.

Значение коэффициента автоматизации и механизации монтажа согласно нашему технологическому процессу получаем равным (по выражению (6.3)):

Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ определяется по следующей формуле:

(6.4)

где - количество ЭРЭ в штуках, подготовка которых к монтажу ведется автоматизированным или механизированным способом;

- общее количество ЭРЭ.

Принимаем

Коэффициент механизации контроля и настройки определяется по формуле:

(6.5)

где - количество операций контроля и настройки, выполняемых автоматизированным или механизированным способом;

- общее количество операций контроля и настройки.

Принимаем

Коэффициент повторяемости ЭРЭ определяется по формуле:

(6.6)

где - общее количество типоразмеров элементов;

- общее количество элементов.

Следовательно,

Коэффициент применяемости определяется по формуле:

(6.7)

где - количество типоразмеров оригинальных элементов;

- общее количество типоразмеров элементов.

Следовательно,

Подставляя полученные значения частных показателей и коэффициентов значимости в формулу (6.1) получим .

Полученное значение комплексного показателя технологичности удовлетворяет нормативным ограничениям от 0.6 до 0.9, указанных в ГОСТ 25360, что говорит о хорошей технологичности конструкции модуля.

6.2 Разработка технологического процесса сборки модуля

Типовая структура технологического процесса изготовления модуля включает следующие операции: входной контроль элементов и печатных плат, подготовка к монтажу, установка комплектующих элементов на плату, нанесение флюса и его сушка, пайка, очистка от остатков флюса, контрольно-регулировочные работы, технологическая тренировка, маркировка, герметизация и приемо-сдаточные испытания. Сборка осуществляется согласно ГОСТ 23887-79.

Входной контроль — это технологический процесс проверки поступающих на завод ЭРЭ, ИМС и ПП по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность перед включением этих элементов в производство. Входной контроль комплектующих элементов может быть как 100 % так и выборочным.

Подготовка ЭРЭ и ИМС включает распаковку элементов, выпрямление, зачистку, формовку, обрезку и лужение выводов, размещение элементов в технологической таре. Для проведение подготовительных операций разработано много типов технологического оборудования и оснастки. В условиях мелкосерийного производства подготовка осуществляется пооперационно с ручной подачей элементов.

Установка элементов на печатные платы в зависимости от характера производства может выполняться вручную, механизированным и автоматизированными способами.

Нанесение флюса на плату может осуществляться различными способами (кистью, погружением, потягиванием, распылением, вращающимися щетками, пенное и волной). Нанесенный слой флюса перед пайкой просушивается при температуре 353…375 К, а плата подогревается.

Групповая пайка элементов со штыревыми выводами производится волной припоя на автоматизированных установках модульного типа.

Процесс групповой пайки начинаются с подготовки поверхности ПП, которая заключается в зачистке мест пайки и обезжиривании. Зачистку выполняют эластичными кругами с абразивным порошком или металлическими щетками. Затем поверхность платы обезжиривают в растворе спирта с бензином и обдувают воздухом. Защита участков платы не подлежащих пайке, осуществляется маской из бумажной ленты, пропитанной костным клеем. Маску приклеивают к плате так, чтобы места пайки не выходили за пределы отверстий в маске. Вместо бумажной маски можно применять слой краски, наносимой через сетчатый трафарет. Краска должна противостоять непосредственному воздействию расплавленного припоя, температура которого доходит до 260 ° С.

Следующим этапом является нанесение флюса и подогрев платы, который удаляет влагу и уменьшает термический удар в момент погружения платы в расплавленный припой.

Пайка волной представляет собой процесс, при котором нагрев паяемых материалов, помещенных над ванной и подача припоя к месту соединения осуществляется стоячей волной припоя возбуждаемой в ванне. При пайке волной припоя устраняется возможность быстрого окисления припоя и температурных деформации платы.

Заключительной операцией групповой пайки является удаление маски. Для этого ПП погружают на 0.8 … 0.9 ее толщины в ванну с горячей водой (t=40 ° С) и выдерживают до тех пор, пока она не отклеится (2…3 мин). Затем плату обдувают горячим воздухом до полного высыхания.

Удаление остатков водорастворимых флюсов осуществляется путем промывки плат в горячей проточной воде с использованием мягких щеток или кистей. Следы канифольных флюсов удаляют промывкой в течение 0.5 … 1 мин, в таких растворителях, как спирт, смесь бензина и спирта (1:1), трихлорэтилен и др.

Выходной контроль можно условно разделить на три последовательных этапа: 1) визуальный контроль правильности сборки и качества паяных соединений; 2)контроль правильности монтажа и поиск неисправностей; 3)функциональный контроль.

При разработке технологии необходимо руководствоваться следующим:

предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;

необходимо стремиться применять наиболее совершенные формы организации производства;

при поточной сборке разбивка процесса на операции определяется ритмом сборки, причем время, затрачиваемое на выполнение каждой операции должно быть равно или кратно ритму;

после наиболее ответственных операций сборки, а также после операций, содержащих регулировку или наладку, выводится контрольная операция или переход.

Учитывая все выше изложенные операции, для выполнения технологического процесса сборки и монтажа модуля , можно предложить следующие виды отечественного и зарубежного оборудования :

Автомат комплексной подготовки элементов АКПР-1.Он предназначен для формовки и лужения выводов ЭРЭ в цилиндрических корпусах. Построен он по модульному типу. В нем имеются входной и выходной магазин с прямоточными кассетами, пресс и штамп, линейный манипулятор, пульт управления.

Автомат подготовки выводов конденсаторов из липкой ленты ВА-200 (ФРГ).

Автомат формовки выводов ИМС ГГ-2629.

Полуавтомат УР-5, предназначенный для установки навесных элементов на плату.

Полуавтомат УР-10, предназначенный для установки ИМС на плату.

Автомат УЗО-4М, предназначен для очистки плат от остатков флюса.

Полуавтомат контроля и настройки электрических параметров CMG-100.

Приспособление для визуального контроля ГГ6366У/012. Производится визуальный контроль качества сборки при увеличении 2,5.

Автомат нанесения влагозащитного лака УЛПМ-901.

Ориентировочный технологический процесс сборки модуля приведен в таблице 6.2.1.

Таблица 6.2.1 – Ориентировочный технологический процесс сборки модуля.

№ операции	Наименование и содержание операции	Оборудование и приспособления.
1	Входной контроль микросхем и ПП.	Лупа 10X, тенд.
2	Защита маркировки.	Вытяжной шкаф, ванна.
3	Формовка и обрезка выводов.	АКПР-1, ВА-200, ГГ2629.
4	Лужение выводов. Флюсовать выводы погружением во флюс ФСКП. Лудить выводы припоем ПОС-61.	АКПР-1, ВА-200, ГГ2629.
5	Подготовка ПП к сборке. Лудить контактные площадки.	Ванна для обезжиривания.
6	Установка элементов на ПП.	УР-5, УР-10.
7	Пайка выводов элементов к ПП.
8	Очистка платы от остатков флюса.	УЗО-4М.
9	Контроль электрических параметров. Настройка.	CMG-100.
10	Влагозащита. Покрытие лаком УР-231.	УЛПМ-901.
11	Визуальный контроль качества сборки при увеличении 2,5.	ГГ6366У/012.

Маршрутная карта на техпроцесс изготовления печатной платы приведена в приложении.

8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТА

8.1 Характеристика изделия «Модуль управления временными параметрами». Обоснование объема производства и расчетного периода

Модуль управления временными параметрами – электронное устройство, которое можно использовать для контроля времени и сбора информации в модулях промышленной автоматики.

Модуль относится к среднему классу по своим техническим характеристикам и выполняет следующие функции :

-отсчет времени;

-ввод с клавиатуры требуемого значения времени, вывод текущего значения на ЖКИ ;

-обмен информацией с центральным компьютером ;

-регистрация текущих значений времени энергонезависимой памяти;

Применение настоящего устройства позволяет повысить точность и надежность работы промышленных автоматов.. Стоимость зарубежных образцов такого же класса колеблется около 15 долларов США.

Возможный объем производства прогнозируется исходя из объема потенциальных потребителей, которыми выступают небольшие предприятия-производители . Исследование рынка сбыта позволило определить реальный объем продаж - 10000 штук в каждый год расчетного периода, который составит 4 года.

8.2 Определение себестоимости и рыночной цены единицы изделия

Себестоимость продукции представляет собой сумму текущих затрат предприятия на её производство и реализацию. Для определения суммарных текущих издержек необходимо рассчитать себестоимость каждой единицы выпускаемой продукции.

8.2.1 Расчёт затрат по статье “Сырьё и материалы за вычетом возвратных отходов” представлен в табл. 1.

Таблица 1- Расчёт затрат на основные и вспомогательные материалы

	Наименование материала	Единица измерения	Норма расхода	Оптовая цена за единицу, р.	Сумма, р.
1	Стеклотекстолит СФ2-35-1.5	Кв.м	0,12	3000	360
	Отходы		0,06	200	-12
2	Припой ПОС-61	кг	0.05	2000	100
3	Лак УР-231	кг	0.03	1500	45
4	Флюс ФКСП	кг	0.03	400	12
5	Флюс канифольно-спиртовой	л	0,02	1200	24
	Итого с учетом транспортно-заготовительных расходов				556

8.2.2 Расчёт затрат по статье “Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты и услуги производственного характера” представлен в табл. 2.

Таблица 2- Расчёт затрат на покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты

Наименование комплектующего или полуфабриката	Цена, р.	Количество на изделие, шт.	Сумма, р.
Аналоговые микросхемы
КР140УД12	150	2	300
АОТ103В	100	2	200
АОТ110А	100	2	200
МС7805	200	1	200

Цифровые микросхемы

МС68НС711Е9	1000	1	1000
МС145507	400	1	400
МС14500	300	1	300
Диоды и стабилитроны
КС147А	50	1	50
КС103А	50	1	50
Резисторы
МЛТ-0,5	20	29	580
МЛТ-1	30	1	30
Конденсаторы
К50-16-2	20	10	200
К50-16-10	25	6	150
Кнопочные перекллючатели
КН-3	50	1	50
КН-17-2	40	12	480
Индикаторы
LXD69D3F09KG	500	1	500
Разъемы
Разъем DB16P	100	1	100
Резонаторы
Резонатор кварцевый РК-16	150	1	150
Корпус	500	2	1000
Панель	200	2	400
Винт М3	20	6	120
Итого с учетом транспортно-заготовительных расходов			5526

8.2.3Расчёт затрат по статье “Основная заработная плата производственных рабочих” представлен в табл. 3.

Таблица 3-Расчет основной заработной платы производственных рабочих по видам работ

Виды работ (операции)	Разряд работ	Часовая тарифная ставка р./ч	Норма времени по операции, н-ч	Основная зарплата (расценка), р.
Подготовительная	3	285	0,05	14,25
Сборочно-монтажная	4	340	0,2	68
Контрольная	4	340	0,1	34
Регулировочная	5	397	0,2	79,4
Сборочная	4	340	0,1	34
Итого	210
Всего с премией (1,42)	299

8.2.4. Расчёт затрат по статье “ Дополнительная заработная плата основных производственных рабочих”

Формула расчёта имеет вид ,

где HД – процент дополнительной заработной платы производственных рабочих, равный 20 %.

Тогда дополнительная заработная плата производственных рабочих

Зд = 299*0,2=60 р.

8.2.5 Расчёт затрат по статье “Отчисления в фонд социальной защиты населения”.

Согласно действующему законодательству ставка отчислений составляет 35%, тогда затраты по этой статье равны

Рсоц = (298,7 + 59.7) * 0,35 = 126 р.

8.2.6 Расчёт отчислений в фонд занятости и Чрезвычайный “чернобыльский” налог

В эту статью включаются Чрезвычайный (чернобыльский) налог в размере 4% и отчисления в фонд занятости - 0,5% в соответствии с действующим законодательством.

Рно = (298,7 + 59.7) * 0,045 = 26,1 р.

Расчет себестоимости и отпускной цены единицы продукции представлен в табл. 4.

Таблица 4-Расчёт себестоимости и отпускной цены единицы продукции

Наименование статей затрат	Условное обозначение	Значение, р.	Примечание
1	2	3	4
1. Сырьё и материалы за вычетом отходов	РМ	556	См. табл. 1
2. Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты	РК	5526	См. табл. 2
3. Основная заработная плата производственных рабочих	З0	299	См. табл. 3
4. Дополнительная заработная плата производственных рабочих	ЗД	60	, Нд = 20%.
5. Отчисления в фонд социальной защиты	РСОЦ	126
7. Отчисления в фонд занятости и «Чрезвычайный чернобыльский» налог	РНО	26
11. Прочие производственные расходы	РПР	6	, Нпр = 2%
Производственная себестоимость	СПР	7775	СПР= 556 + 5526 + 299 + 60 + 126 + 26 +30 +548 + 598 +6
12. Коммерческие расходы	РКОМ	778	, Нком = 1%.
Полная себестоимость	СП	8553	СП=7775 +778
13. Плановая прибыль на единицу продукции	ПЕД	2138	, Уре = 25%.
Оптовая цена предприятия	ЦОПТ	10691	ЦОПТ=8553 + 2138
14. Отчисления в местные бюджеты	Омб	274	, Нсф = 2,5%
15. Отчисления в республиканские фонды	Орб	224	Нрб = 2%.
Итого Ц*	Ц*	11189	Ц* = 10691 +274 + 224
16. Налог на добавленную стоимость (20% от Ц*)	Ндс	2238	, Ндс = 20%
Отпускная (свободная) цена	ЦОТП	13427	ЦОТП= 11189 + 2238

8.3 Расчет стоимостной оценки затрат

Стоимостная оценка затрат у производителя новой техники определяется с учетом затрат, необходимых для ее разработки и производства.

Единовременные затраты в сфере производства включают предпроизводственные затраты (КППЗ) и единовременные капитальные вложения в производственные фонды завода-изготовителя (КПФ).

Предпроизводственные затраты определяются по формуле

КППЗ = ЗНИОКР + КОСВ, (8.3.1)

где ЗНИОКР – сметная стоимость НИОКР, ден. ед.;

КОСВ – затраты на освоение производства, доработку опытного образца продукции, изготовление моделей и макетов, ден. ед

8.3.1 Расчёт сметной стоимости НИОКР

Смета затрат на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ рассчитывается по следующим статьям:

- материалы и комплектующие;

- расходы на оплату труда;

- отчисления в фонд социальной защиты;

- расходы на служебные командировки;

- услуги сторонних организаций;

- прочие прямые расходы;

- налоги включаемые в себестоимость;

- плановая (нормативная) прибыль;

- добавленная стоимость;

- налог на добавленную стоимость;

- отчисления на содержание ведомственного жилого фонда и аграрный налог.

Расчёт сметной стоимости материалов приведён в таблице 5.

Таблица 5 – Расчёт стоимости материалов и комплектующих

Наименование	единица измерения	количество, ед.	Цена, руб/шт	Сумма, руб.
Бумага писчая	шт.	200	15	3000
Ватман (ф.А1)	шт.	6	300	1800
Вывод чертежей	шт.	6	2000	12000
Бумага масштабная	шт.	5	50	250
Итого Транспортно-заготовительные расходы (5%) Всего	17050 853 17903

Расчёт основной заработной платы участников НИОКР приведён в таблице 6.

Таблица 6 - Расчёт основной заработной платы научно-технического персонала

Должность	Количество месяцев работы	Месячный оклад, руб.	Сумма ОЗП, руб.
Руководитель проекта Научный технический сотрудник	3 3	190005 145160	570015 435480
Итого основная заработная плата всех работников 1005495
С учетом премий (40 %) 1407693

Полная смета затрат на НИОКР приведена в таблице 7

Таблица 7 - Полная смета затрат на НИОКР

	Статьи затрат	Условное обозначение	Сумма, Руб.
1	2	3	4
1	Материалы и комплектующие (таблица 8.5)		12778
2	Основная заработная плата (таблица 8.6)		1407693
3	Дополнительная заработная плата научно-технического персонала (20% от )		281539
4	Отчисления в фонд социальной защиты:		563077
5	Чрезвычайный чернобыльский налог и отчисления в фонд занятости ,		84462
6	Износ инструментов и приспособлений целевого назначения		168924
7	Общепроизводственные расходы