Физиотерапевтическое устройство на основе применения упругих волн

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 3-6д10.36.016. 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 3-6д10.36.016.

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 Ni, (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( Vоi+ Vai), (5.2)

i=1 i=1

n

G=Kg Gi, (5.3)

i=1

G=G' V, (5.4)

n

Pпит=kp Pпитi., (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.

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:

Определяется коэффициент электрической нагрузки элементов РЭУ (К_Н) по следующей формуле:

К_Н=F_РАБ/F_НОМ ,(6.1)

где F_РАБ - электрическая нагрузка элемента в рабочем режиме, т.е. нагрузка, которая имеет место на рассматриваемом схемном элементе;

F_НОМ - номинальная или предельная по ТУ электрическая нагрузка элемента, выполняющего в конструкции функцию схемного элемента.

В качестве электрической нагрузки F_НОМ необходимо использовать номинальные или предельные по ТУ электрические характеристики элементов, выбранные для проектируемой конструкции РЭУ. Электрические характеристики F_РАБ следует брать из результатов электрического расчета принципиальной электрической схемы РЭУ или получать путем экспресс-анализа (ориентировочной оценки) электрических нагрузок схемных элементов.

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.

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 К_Н0,05...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 j,х10-6 1/ч	Произведение j 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
			51,5

Определяется суммарная интенсивность отказов элементов с учетом коэффициентов электрических нагрузок и условий их работы в составе устройства по следующим формулам:

m

_j()=_0j (x_i), (6.2)

i=1

k

()= n_jj(),(6.3)

j=1

где _j() - интенсивность отказов элементов j-й группы с учетом электрического режима и условий эксплуатации;

_0j - справочное значение интенсивности отказов элементов j-й группы, j= 1, ..., k;

n_j - 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;

(x_i) - поправочный коэффициент, учитывающий влияние фактора х_i, i=1, ... , m;

m - количество принимаемых во внимание факторов.

В качестве факторов х_i могут рассматриваться коэффициенты нагрузки К_н, температура и т.п.

Суммарная интенсивность отказов элементов равна:

=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 - 150100 мм.

K=S_эл/S_пп , (7.1)

где К- коэффициент заполнения;

S_эл - площадь занимаемых компонентов;

S_пп - площадь платы.

S_пп=10500/0.7=15000 мм

Размер печатной платы 150100 мм.

2. Толщину ПП определяют в зависимости от механических нагрузок и технологических возможностей металлизации отверстий:

H>(2.55)D_отв,(7.2)

H=2.5 1=2.5 мм

Толщина ПП выбирается из следующего ряда значений: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, 3.0мм. Допустимые отклонения по толщине не должны превышать: при толщине до 1 мм - 0.15 мм; до 2 мм - 0.20 мм; до 3 мм - 0.30 мм. Печатная плата, имеет прямоугольную форму с соотношением сторон - 1:2.

Максимальные диаметры отверстий, располагаемые в узлах координатной сетки, зависят от максимального диаметра навесного элемента (d_выв), наличия металлизации и толщины платы. Исходя из выполнения условий пайки:



D_отв=d_выв+(0.20.4)мм, (7.3)

Допустим d_отв=0.8 мм. Тогда

D_отв=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 PCAD на ЭВМ.

6.Требуемое сечение проводников определяют в зависимости от материала проводника и величины тока.

Sn=ht (LnI)/U_раб, (7.4)

где - 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 A тогда

Sn 0.017*10^-60.50.015/ 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 1,50,2 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-CAD представляется в двух видах: в виде схемы электрической принципиальной и в виде печатной платы. В соответствии с этим в САПР Р-CAD имеются 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 программ P-CAD версии 8.5 (Master Designer) содержит в своем составе два графических редактора PC-CAPS и PC-CARDS, программу для автоматической трассировки соединений печатной платы PC-ROUTE и программы-утилиты, выполняющие служебные функции [23].

Рисунок 7.1- Размещение на диске программ и рабочих проектов САПР P-CAD 8.5

Управляющая оболочка PCAD_EXE предназначена 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 Units устанавливаем требуемую систему единиц. Командой View Layer устанавливаем необходимые слои в активном состоянии. Командой Draw рисуются 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 Editor строится 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 PCB Editor.

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 Automated Computer Aided Design - 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 Autocad имеет 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/Support files - выполняемые файлы и файлы поддержки системы.

Bonus/Sample files - файлы примеров сложных чертежей, демонстрирующих черчение схемы.

Support Source files - файлы исходных текстов описания шрифтов поставляемых системой.

Iges Font files - файлы шрифтов с различными специальными знаками и символами.

Tutorial files - файлы простых чертежей, выполненных с помощью основных команд AutoCAD.

ADS files - файлы системы разработки приложения, которые представляют собой диалект универсального языка SI, используемого шире, чем встроенный язык системы AutoLISP.

SQ Extension files - программа поддержки базы данных dBASE, Paradox, Oracle.

AME files - расширение объемного конструирования, с помощью которого можно выполнять анализ трехмерных объектов.

Для работы AutoCAD 12 и выше необходимы с IBM ПК 386-486 и т.д., а также операционная система MS-DOS, PS-DOS 5.0 и выше.

Структура каталогов при минимальной конфигурации выглядит следующим образом:

X:\ACAD



В DRV хранятся 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 x_i. Величина коэффициента весомости зависит от порядкового номера частного показателя в ранжированной последовательности и рассчитывается по формуле:

x_i=q/2^q-1,(8.1)

где q - порядковый номер ранжированной последовательности частных показателей.

Таблица 8.1

Показатели технологичности конструкции РЭС

Порядковый номер (i) показателя	Показатели технологичности	Обозначение	Степень влияния, xi
1	Коэффициент автоматизации и механизации монтажа	КМ.М.	1.0
2	Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу	КМ.П.ИЭТ	1.0
3	Коэффициент освоенности деталей и сборочных единиц (ДСЕ)	КОСВ.	0.8
4	Коэффициент применения микросхем и микросборок	КМ.С.	0.5
5	Коэффициент повторяемости печатных плат	КПОВ.П.П.	0.3
6	Коэффициент применения типовых технологических процессов	КТ.П.	0.2
7	Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля	КА.Р.К..	0.1

Затем на основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности:

К=Кi*x_i/3,9,(8.2)

К=0,85

Коэффициент технологичности находится в пределах 0 < К < 1.

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

К_М.М.=Н_М.М/Н_М,(8.3)

К_М.М.=0,93

где Н_М.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;

Н_М - общее количество монтажных соединений. Для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ определяются по количеству выводов.

Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

К_М.П.ИЭТ=Н_М.П.ИЭТ/Н_П.ИЭТ,(8.4)

К_М.П.ИЭТ=0,86

где Н_М.П.ИЭТ - количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется с помощью автоматов и полуавтоматов;

Н_П.ИЭТ - общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации.

Коэффициент освоенности ДСЕ:

К_ОСВ=Д_Т.З/Д_Т,(8.5)

К_ОСВ=0,89

где Д_Т.З - количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее освоенных на предприятии;

Д_Т- общее количество типоразмеров ДСЕ в РЭС.

Коэффициент применения микросхем и микросборок:

К_М.С.=КЭ.МС/(КЭ.МС+НИЭТ),(8.6)

К_М.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:

К_ПОВ.ПП=1-ДТПП/ДПП,(8.7)

К_ПОВ.ПП=0,5

где ДТПП - число типоразмеров печатных плат в РЭС;

ДПП - общее число печатных плат в РЭС.

Коэффициент применения типовых технологических процессов:

К_Т.П.=(ДТ.П+ЕТ.П)/(Д+Е)(8.8)

К_Т.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:

К_А.Р.К=НА.Р.К/НР.К,(8.9)

К_А.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:

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 К_расч.>К_зад.(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: ІвеерногоІ типа 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 = Ф_Д/N, (9.1)

где Ф_Д - действительный фонд рабочего времени за плановый период;

N - программа выпуска.

r=24,3 мин/шт.

Действительный фонд времени рассчитывается:

Ф_Д=Д_р*S*m* К_{рег.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.

Ф_Д=250*1*8*0,95*60=114000 мин

Количество элементов, устанавливаемых по i-той операции, должно подчиняться условию

0,9Т_i/r 1.2, (9.3)

где Т_i - трудоемкость i- й операции сборки.

Штучное время определяется:

Т_ШТ = Т_ОП*К*[1+ (К1+К2)/100, (9.4)

где Т_ОП - 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, UNITRA PK-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: T_шт.кол - штучно-калькуляционное время i операции сборки;

T_шт.i - штучное время, затрачиваемое на i сборку;

T_тпз.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.

T_шт.кол =15,4+(159x1x254)/1000= 55,79

T_шт.кол =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;

Д_раб - количество рабочих дней на плановый период.

Программа выпуска учитывается на предмет возможного брака:



N = N*(1+L/100), (9.7)

где L 3% - 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

Т_З= 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.

Т_З= 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 (Э_Т) за расчетный период времени рассчитывается по следующей формуле:

Э_Т=Р_Т-З_Т,(10.1)

где Р_Т - стоимостная оценка результата от внедрения мероприятия НТП, ден. ед.;

З_Т - стоимостная оценка затрат на реализацию мероприятия НТП, ден. ед.;

т - расчетный период времени, лет.