H = 760 мм рт. ст. - нормальное давление.

Таким образом:

Значения P_OS и Дt_доп представляют собой координаты точки, положение которой на диаграмме (рисунок 2.1) определяет систему охлаждения конструкции.

Незаштрихованные зоны диаграммы относятся к следующим способам охлаждения: 1 - естественное воздушное; 3 - принудительное воздушное; 5 - принудительное жидкостное; 9 - принудительное испарительное.

Рисунок 2.1 - Диаграмма выбора способа охлаждения

Заштрихованным зонам соответствуют следующие способы охлаждения: 2 - естественное и принудительное воздушное; 4 - принудительное воздушное и жидкостное; 6 - принудительное жидкостное и естественное испарительное; 7 - принудительное жидкостное, принудительное и естественное испарительное; 8 - естественное и принудительное испарительное.

По диаграмме видно, что необходимо принудительное воздушное охлаждение. Принудительное воздушное охлаждение обеспечивается в конструкции блока.

2.4 Выбор компоновочной схемы и несущих конструкций ФЯ вычислительного модуля

Выбор типа конструкции и компоновочного решения блока обуславливается объектом установки РЭС, видом и интенсивностью воздействия дестабилизирующих факторов.

Выбор компоновочной схемы блока проводится по результатам анализа возможных вариантов организации его внутренней структуры (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Вариант организации структуры компоновочной схемы

Необходимо обеспечить принудительное воздушное охлаждение восходящим потоком воздуха. Вариант I компоновочной схемы предпочтительней при набегающем воздушном потоке снизу. Также следует учесть конструкцию ФЯ. Исходя из этого выбираем I вариант конструкции блока.

2.5 Разработка конструкции ФЯ вычислительного модуля

2.5.1 Расчет площади печатной платы

Разработка конструкции на корпусных ИС состоит в определении площади и геометрических размеров печатной платы, проверке возможности размещения радиоэлементов на плате, разработке конструкции печатной платы и определении геометрических размеров ячейки.

Площадь печатной платы, необходимую для одностороннего размещения радиоэлементов, находят по формуле:

где: q_s - коэффициент дезинтеграции площади;

S_{эл i} - установочная площадь i-го радиоэлемента;

n - число элементов.

где: S_эл - площадь всех элементов на плате;

S_{микросхем} - площадь всех микросхем на плате;

S_{резистор} - площадь всех резисторов на плате;

S_{конденсатор} - площадь всех конденсаторов на плате;

S_индукт - площадь всех катушек индуктивности на плате;

S_разъем - площадь всех разъемов на плате;

S_проч - площадь всех остальных элементов на плате.

Т.к. площадь всех резисторов одинаковая:

Принимаем q_s = 2, тогда:

Таким образом, выбираем размер платы 233,35Ч160 мм, заданный в ТЗ, т.к. он удовлетворяет расчетным данным (233,35 Ч 160 = 37336 мм² > 31122,2 мм²).



2.5.2 Разработка конструкции печатной платы

Класс точности многослойной печатной платы - 4, соответственно:

- минимальная ширина проводников t, мм: 0,15 мм;

- минимальное расстояние между проводниками s, мм: 0,15 мм;

- гарантированная ширина пояска в наружном слое b_Н, мм: 0,05 мм;

- гарантированная ширина пояска во внутреннем слое b_В, мм: 0,03 мм;

- отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы k_ДТ = 0,25 мм.

Материал платы - двухсторонний стеклотекстолит FR-4. Толщину многослойной печатной платы выбираем 1,74 мм (число слоев: 16).

В результате выполнения конструкторско-технологических расчетов определяют геометрические размеры элементов проводящего рисунка и их взаимного расположения с учетом производственных погрешностей. Расчету подлежат диаметры монтажных и переходных отверстий, значения ширины проводника и расстояния между проводниками, диаметр контактной площадки.

Минимальный диаметр переходного отверстия:

где: k_дт - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы;

h_пл - толщина печатной платы.

Примем диаметр переходного отверстия равный 0,9 мм.

Минимальный диаметр монтажного отверстия:

где: d_в - диаметр вывода радиоэлемента, d_в = 0,27 мм ;

Д = 0,2…0,6 мм - зазор между поверхностью вывода и поверхностью отверстия;

h_г = 0,02…0,06 мм - толщина гальванически осаждаемой меди;

д_д = 0,012 мм - погрешность диаметра отверстия.

Примем диаметр монтажного отверстия равный 0,9 мм.

Минимальный диаметр контактной площадки:

где: b_н - гарантированная ширина пояска в наружном слое;

д₀ = 0,07 мм - погрешность расположения отверстия;

д_кп = 0,15 мм - погрешность расположения контактной площадки;

д_фф = 0,06 мм - погрешность фотокопии и фотошаблона;

h_ф - толщина фольги на диэлектрическом основании, h_ф = 0,035 мм для двухстороннего стеклотекстолита FR-4.

2.6 Расчет надежности по внезапным отказам ФЯ вычислительного модуля

Оценочный расчет надежности заключается в определении показателей надежности функциональной ячейки по известным характеристикам надежности составляющих компонентов и условиям эксплуатации. Основными количественными характеристиками надежности являются вероятность безотказной работы (ВБР) РЭС в течение заданной наработки (0;t) (в данном случае рассчитывается ВБР для нерезервированных систем):



где t - время непрерывной работы изделия;

и среднее время наработки до отказа:

где: t - время непрерывной работы ячейки;

л_э - эксплуатационное значение интенсивности отказов.

При составлении логической модели схемы безотказной работы предполагается, что отказы элементов независимы, а элементы могут находиться в одном из двух состояний: работоспособном и неработоспособном.

где: л_эi - эксплуатационное значение интенсивности отказов i-го элемента, учитывающее внешние воздействия, влияние тепловых и электрических элементов;

n - число элементов.

Расчет надежности проводим в программе «Автоматизированная система расчета надежности (АСРН)».

Исходные данные:

- расчет в режиме эксплуатации;

- группа аппаратуры: 1,3;

- температура окружающей среды, єC: 55.

Данные расчета надежности представлены в таблице 2.1.



Таблица 2.1

Расчет суммарной интенсивности отказов входящих модулей и ЭРЭ

Тип ЭРЭ	Количество	лб (бсг)	лэ, 1/ч	лэ Ч n, 1/ч
Интегральные микросхемы
74GTLPH1645DGGR	5	-	0,96Ч10-7	4,8Ч10-7
SN74LVTH16245ADGG	2	-	0,83Ч10-7	1,66Ч10-7
EPM7256AEQI208-7	1	-	0,4Ч10-6	0,4Ч10-6
74LVT244MTC	1	-	0,92Ч10-8	0,92Ч10-8
EPCS16SI8	1	-	3,04Ч10-9	3,04Ч10-9
SN65LVDS2DBV	1	-	1,97Ч10-8	1,97Ч10-8
EP2C15AF484C6	1	-	2,74Ч10-7	2,74Ч10-7
ADSP-TS201S	8	-	1,77Ч10-6	1,416Ч10-5
GXO-7531/AIN-100.0 MHz	1	-	0,94Ч10-8	0,94Ч10-8
MAX1623EAP	4	-	0,84Ч10-7	3,36Ч10-7
PTH05060WAH	2	-	0,39Ч10-7	7,8Ч10-8
IDT74FCT3807EPYI	1	-	0,38Ч10-7	0,38Ч10-7
IDT49FCT3805EPYI	1	-	0,38Ч10-7	0,38Ч10-7
74AVC16244DGG	1	-	0,85Ч10-7	0,85Ч10-7
Резисторы
EXB28V102JX	1	0,37Ч10-8	0,83Ч10-9	0,83Ч10-9
EXB2HV103JV	1	0,37Ч10-8	1,23Ч10-8	1,23Ч10-8
Р1-12-0,125-33 Ом	3	0,37Ч10-8	2,77Ч10-9	8,31Ч10-9
Р1-12-0,125-100 Ом	1	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	3,1Ч10-9
Р1-12-0,125-1 кОм	1	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	3,1Ч10-9
Р1-12-0,125-4,75 кОм	71	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	2,201Ч10-7
Р1-12-0,125-0,15 Ом	18	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	5,58Ч10-8
Р1-12-0,125-470 Ом	8	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	2,48Ч10-8
Р1-12-0,125-2 кОм	1	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	3,1Ч10-9
Р1-12-0,125-2,55 кОм	1	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	3,1Ч10-9
Р1-12-0,125-221 Ом	4	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	1,24Ч10-8
Р1-12-0,125-274 Ом	4	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	1,24Ч10-8
Р1-12-0,125-10 Ом	4	0,37Ч10-8	2,77Ч10-9	1.108Ч10-8
Р1-12-0,125-22 кОм	2	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	6,2Ч10-9
Р1-12-0,125-10 кОм	6	0,37Ч10-8	2,77Ч10-9	1,662Ч10-8
Р1-12-0,125-7,5 кОм	2	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	6,2Ч10-9
Р1-12-0,125-110 кОм	4	0,37Ч10-8	3,1Ч10-9	1,24Ч10-8
Р1-12-0,125-900 Ом	1	0,37Ч10-8	2,77Ч10-9	2,77Ч10-9
Р1-12-0,125-3,6 кОм	1	0,37Ч10-8	2,77Ч10-9	2,77Ч10-9
Р1-12-0,125-13 кОм	1	0,37Ч10-8	2,77Ч10-9	2,77Ч10-9
Конденсаторы
SMD 0805-X7R 50 V-0.1 uF	91	2 Ч10-9	0,54 Ч10-8	4,91Ч10-7
SMD 0805-NP0 50 V-1000 pF	16	2 Ч10-9	2,52 Ч10-9	4,03Ч10-8
SMD 0805-X7R 50 V-1000 pF	64	2 Ч10-9	2,25 Ч10-9	1,44Ч10-7
SMD 0805-X7R 50 V-1 uF	13	2 Ч10-9	0,47 Ч10-8	6,11Ч10-8
SMD 1206-Y5V 16 V-10 uF	6	2 Ч10-9	0,52 Ч10-8	3,12Ч10-8
SMD 7343 TANTALUM-10 V-220 uF	4	0,5 Ч10-10	1,17 Ч10-10	4,68Ч10-10
SMD 3216 TANTALUM-16 V-4.7 uF	4	0,5 Ч10-10	0,48 Ч10-10	1,92Ч10-10
SMD 7343 TANTALUM-10 V-330 uF	8	0,5 Ч10-10	1,28 Ч10-10	1,02Ч10-9
SMD 0805-NP0 50 V-47 pF	4	2 Ч10-9	1,71 Ч10-9	6,84Ч10-9
SMD 7343 TANTALUM-16 V-100 uF	35	0,5 Ч10-10	0,97 Ч10-10	3,4Ч10-9
SMD 0805-X7R 50 V-0.01 uF	84	2 Ч10-9	2,77 Ч10-9	2,33Ч10-7
SMD 0201-X5R 10 V-0.01 uF	25	2 Ч10-9	0,44 Ч10-8	1,1Ч10-7
SMD 0201-X5R 16 V-1000 pF	26	2 Ч10-9	2,52 Ч10-9	6,55Ч10-8
SMD 0805-Y5V 10 V-2.2 uF	10	2 Ч10-9	0,71 Ч10-8	7,1Ч10-8
EEEFKJ101UAR 6.3 V-100 uF	4	1,2 Ч10-10	2,28 Ч10-9	9,12Ч10-9
SMD 7343 TANTALUM-25 V-33 uF	4	0,5 Ч10-10	0,76 Ч10-10	3,04Ч10-10
SMD 0201-X5R 6.3 V-0.1 uF±10%	11	2 Ч10-9	0,54 Ч10-8	5,94Ч10-8
EEEFK1C100AR 16 V-10 uF	9	1,2 Ч10-10	0,44 Ч10-9	3,96Ч10-9
SMD 0805-Y5V 10 V-4.7 uF	10	2 Ч10-9	0,62 Ч10-8	6,2Ч10-8
SMD 7343 TANTALUM-10 V-150 uF	4	0,5 Ч10-10	1,12 Ч10-10	4,48Ч10-10
Трансформаторы
BDS3/3/4.6-4S2	8	3 Ч10-11	0,57 Ч10-10	4,56Ч10-10
SDR0805-4R7M	4	3 Ч10-11	0,57 Ч10-10	2,28Ч10-10
Соединители
02 01 160 2101	2	0,46 Ч10-7	0,61 Ч10-6	1,22Ч10-6
Итого для эксплуатации	1,91 Ч10-5
617B037SAJ221	1	0,46 Ч10-7	0,61 Ч10-6	0,61 Ч10-6
PLD-10	2	0,46 Ч10-7	0,61 Ч10-6	1,22 Ч10-6
PLD-14	1	0,46 Ч10-7	0,61 Ч10-6	0,61 Ч10-6
Итого для контрольных элементов	2,44 Ч10-6
Итого для модуля	2,15 Ч10-5

л_э = 2,15 Ч10^-5 [1/ч] - эксплуатационное значение интенсивности отказов для всего модуля, учитывающее значения поправочных коэффициентов.

Следовательно, среднее время наработки до отказа:

Вероятность безотказной работы ячейки за 48 ч:

Таким образом, среднее время наработки функциональной ячейки до отказа соответствует требованиям технического задания:

T = 46511 часов > T_ТЗ = 6500 часов.

2.7 Расчет вибропрочности конструкции ФЯ вычислительного модуля

Целью расчета является оценка вибропрочности конструкции. Конструкция считается вибропрочной, если в ней отсутствуют механические резонансы, а допустимая виброперегрузка на резонансной частоте превышает перегрузку, указанную в техническом задании на изделие.

Отсутствие в конструкции механических резонансов характеризуется следующим соотношением частоты свободных колебаний f₀ любого элемента конструкции и верхней частоты f_в диапазона внешних вибрационных воздействий:

Допустимая величина вибрационной перегрузки рассчитывается по формулам:

где: X_Д - допустимая величина прогиба упругого элемента;

V_Д - допустимая виброскорость;

м - коэффициент динамичности конструкции.

Оценка вибропрочности конструкции сводится к расчету частоты свободных колебаний f₀ и допустимой величины виброперегрузки.

где: D - цилиндрическая жесткость конструкции;

К_эрэ - коэффициент нагрузки со стороны ЭРЭ;

б - коэффициент, зависящий от формы пластины и условий закрепления на сторонах.

Способ закрепления платы представлен на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Способ закрепления платы

где L и B - длина и ширина платы.

Для принятого закрепления платы: p = 1, q = 2,57, r = 5,14.



Цилиндрическая жесткость печатной платы определяется по формуле:

где: h - толщина печатной платы;

E - модуль упругости материала платы [Н/м²];

е - коэффициент Пуассона.

E = 33Ч10⁹ [Н/м²], е = 0,279, h = 1,76 мм, таким образом:

Для расчета частоты воспользуемся формулой модели тонкой нагруженной пластины:

где m₀ - распределена масса.

где с - плотность материала платы [кг/м³], для стеклотекстолита с = 2370.

Коэффициент нагрузки со стороны ЭРЭ:



К_эрэ = 0,7ч0,8.

Таким образом:

Поскольку условие f₀ ? 2Чf_в выполняется, т.е. частота свободных колебаний f₀ = 170,66 Гц превышает верхнюю границу диапазона частот внешних вибрационных воздействий f_в = 25 Гц, то в разработанной конструкции обеспечивается отсутствие механических резонансов.

Рассчитаем допустимые величины вибрационных перегрузок на резонансной частоте конструкции.

Допустимая величина прогиба печатной платы определяется:

где: l - размер меньшей стороны платы, м;

д_доп - допустимая стрела прогиба материала платы на базовой длине L_Б = 1 м. Для стеклотекстолита с двухсторонним фольгированием д_доп = 11 мм/м².



Допустимая виброскорость: V_Д = 800 мм/с = 0,8 м/с, коэффициент динамичности конструкции м = 5 для ЭМ1.

Таким образом:

Из двух значений вибрационных перегрузок выбираем минимальное и сравниваем его со значением, приведенным в ТЗ:

n_доп = min(n_x; n_v) = min(6,524g; 17,383g) = 6,524g > n_ТЗ = 2g.

Таким образом, необходимое условие обеспечения вибропрочности выполняется для разработанной конструкции.

2.8 Оценка технологичности конструкции ФЯ вычислительного модуля

Анализ технологичности ФЯ вычислительного модуля по конструкторским показателям.

Радиоэлектронное средство технологично, если при производстве и эксплуатации (ремонте) его потребительские качества обеспечиваются при оптимальном (рациональном) расходовании привлекаемых ресурсов [18].

Для количественной оценки технологичности следует рассчитать показатели технологичности разрабатываемого изделия и сравнить их с нормативными показателями, представленными в таблице 2.2. Расчеты частных и балльных показателей также представлены в табл.2.2. Если Б_i < 0, то балльный показатель приравниваем к нулю; в случае Б_i > 5, то следует принять величину балльной оценки за 5 баллов.

где: К_нi - нормативный уровень показателя;

ДК_i - эквивалент «одного балла», отражающий значимость данного показателя технологичности;

К_рi - расчетное значение частных показателей технологичности.

Приемлемым базовым уровнем технологичности является уровень в четыре балла.

1) Коэффициент стандартизации конструкции:

где: n_ОР.Д - количество оригинальных деталей;

N - общее число ЭРЭ, микросхем и МСБ.

Бальный показатель:

2) Коэффициент унификации конструкции:



где n_НАИМ - число наименований ЭРЭ, МС.

Бальный показатель:

3) Коэффициент использования МС и МСБ:

где n_МС - количество микросхем.

Бальный показатель:

4) Коэффициент повторяемости компонентов.

где n_тр - число типоразмеров компонентов.

Бальный показатель:



5) Коэффициент установочных размеров (шагов) ЭРЭ.

где n_У.Р. - количество установочных размеров ЭРЭ.

Бальный показатель:

6) Коэффициент повторяемости материалов.

где n_м - количество марок материалов, применяемых для изготовления составных частей (деталей) конструкции.

Бальный показатель:

7) Коэффициент использования площади коммутационного устройства (ПП):



где S_З.К. - площадь, занимаемая ЭРЭ;

S_К.У. - площадь коммутационного устройства.

Бальный показатель:

С учетом достигнутых балльных показателей рассчитаем среднебалльный показатель технологичности:

Таблица 2.2

Таблица показателей технологичности изделия по конструкторским показателям

№ п/п	Конструкторские показатели, определяемые коэффициентами	Обозначение показателя	Нормативное значение показателя	Эквивалент одного балла	Расчетный частный показатель	Балльный показатель
1	Стандартизации конструкции		0,85	0,2125	0,978	4,6
2	Унификации		0,7	0,175	0,987	5
3	Использования МС и МСБ		0,8	0,12	0,049	0
4	Повторяемости компонентов МС и МСБ		0,95	0,2	0,96	4,05
5	Установочных размеров		0,85	0,2125	0,96	4,52
6	Повторяемости материалов		0,7	1,175	0,714	4,08
7	Использования площади коммутационного устройства		0,6	0,1	0,42	2,2

Среднебалльный показатель равен 3,5. На его величину сильно влияние оказал коэффициент использования МС, который равен нулю в связи с тем, что в изделии много дискретных ЭРЭ.

Анализ технологичности ФЯ по производственным показателям произведем после проектирования технологического процесса монтажа ФЯ.

Спецификация к сборочному чертежу ФЯ приведена в Приложении Е.

2.9 Технологический процесс сборки и монтажа ФЯ вычислительного модуля

Конструкция ячейки вычислительного модуля представляет собой многослойную печатную плату, с двух сторон которой расположены элементы SMD и монтируемые в отверстия элементы.

Приведем описание каждого шага сборки и монтажа ФЯ.

1) Входной контроль печатной платы.

Визуальный входной контроль на отсутствие следующих дефектов изготовления печатных плат:

- механическое повреждение печатной платы - сколы по краю платы, повреждение паяльной маски и диэлектрика;

- монтажное отверстие заполнено припоем;

- монтажные отверстия заполнены паяльной маской, установка компонентов невозможна;

- смещение рисунка паяльной маски относительно размещения контактных площадок;

- переходные отверстия полностью не заполнены паяльной маской - потенциальные ловушки для остатков флюса при отмывке печатных узлов;

- чрезмерное утоньшение паяльной маски на контактных площадках переходных отверстий;

- образование пустот под паяльной маской, возможно ее отслоение в процессе последующих технологических операций;

- неудовлетворительное качество финишного покрытия или повреждение финишного покрытия контактной площадки;

- нарушение геометрии контактной площадки;

- дефектная металлизация контактной площадки переходного отверстия;

- дефект финишного покрытия (низкое качество лужения) -- перемычка припоя в неположенном месте;

- перетрав проводников;

- разрыв проводников под паяльной маской;

- отслоение металлизации от контактной площадки;

- нарушение покрытия паяльной маски;

- вкрапление частиц металлизации;

- замыкание проводников.

2) Очистка ПП.

Обезжиривание печатной платы тампоном из бязи, смоченным в смеси этилового спирта и нефраса (бензина) в соотношении 1:1, непосредственно перед нанесением паяльной пасты.

3) Нанесение припойной пасты на верхнюю сторону ПП.

Автоматическое нанесение паяльной пасты марки MP218 (Sn5/Pb93/5Ag1.5) фирмы Multicore на контактные площадки печатных плат с верхней стороны методом трафаретной печати через металлический трафарет толщиной 100 мкм, принтером «AVX-400» фирмы SMTECH (Англия). Скорость трафаретной печати 40 мм/сек.

4) Размещение компонентов поверхностного монтажа на верхней стороне ПП.

Автоматическая установка компонентов поверхностного монтажа автоматом КЕ-2060 фирмы JUKI (Япония) на контактные площадки верхней стороны платы с нанесенной на них паяльной пастой согласно принципиальной электрической схеме и сборочному чертежу.

5) Визуальный контроль.

Контроль правильности установки компонентов на верхней стороне ПП.

6) Оплавление припоя.

Пайка выводов компонентов поверхностного монтажа оплавлением нанесенной на контактные площадки плат паяльной пасты, камерной печью ИК нагрева Ecosold 350 Superior. Печь имеет четыре зоны. Первые две зоны предназначены для предварительного нагрева платы и активации флюса паяльной пасты. Третья зона - зона пайки (оплавления пасты), четвертая - зона охлаждения. Время прохождения платы через зоны 1-4 составляет в среднем 5 минут.

7) Визуальный контроль.

После пайки компонентов осуществляется проверка по внешнему виду под микроскопом на отсутствие дефектов. При необходимости производится ремонт паяных соединений (подпайка).

8) Нанесение припойной пасты на нижнюю сторону ПП.

Автоматическое нанесение паяльной пасты марки MP218 (Sn5/Pb93/5Ag1.5) фирмы Multicore на контактные площадки печатных плат с верхней стороны методом трафаретной печати через металлический трафарет толщиной 100 мкм, принтером «AVX-400» фирмы SMTECH (Англия). Скорость трафаретной печати 40 мм/сек.

9) Размещение компонентов поверхностного монтажа на нижней стороне ПП.

Автоматическая установка компонентов автоматом КЕ-2060 фирмы JUKI (Япония) на контактные площадки нижней стороны платы согласно принципиальной электрической схеме и сборочному чертежу.

10) Визуальный контроль.

Контроль правильности установки компонентов на нижней стороне ПП.

11) Оплавление припоя.

12) Визуальный контроль.

После пайки компонентов осуществляется проверка по внешнему виду под микроскопом на отсутствие дефектов. При необходимости производится ремонт паяных соединений (подпайка).

13) Предварительная сборка.

Предварительная установка механических компонентов на верхнюю сторону ПП согласно принципиальной электрической схеме и сборочному чертежу.

14) Размещение компонентов для монтажа в отверстия.

Ручная установка компонентов для монтажа в отверстия на верхней стороне ПП согласно принципиальной электрической схеме и сборочному чертежу.

15) Пайка компонентов.

Пайка компонентов для монтажа в отверстия осуществляется устройством для пайки двойной волной припоя TOLO CT-3000N. Использовать припой X39B фирмы Multicore. В качестве флюса использовать флюс Hydro-X20 фирмы Multicore.

16) Промывка ПП.

Отмывка осуществляется струями жидкости (спрей-технология) в установке SMT-800 фирмы Aqueous Technologies. Водный растворов отмывочной жидкости Аквен-16, нагретый до 40-50єС, распыляется через форсунки на отмываемую плату. Время струйной отмывки 5-15 минут. После этого из камеры насосом откачивается отмывочная жидкость и подается вода для ополаскивания. Время ополаскивания 5-15 минут. Финишное ополаскивание деионизованной водой в течение 2-5 минут и затем сушка.

17) Размещение компонентов для монтажа в отверстия.

Ручная установка компонентов для монтажа в отверстия на нижней стороне ПП согласно принципиальной электрической схеме и сборочному чертежу.

18) Пайка компонентов

Пайка компонентов для монтажа в отверстия осуществляется устройством для пайки двойной волной припоя TOLO CT-3000N. Использовать припой X39B фирмы Multicore. В качестве флюса использовать флюс Hydro-X20 фирмы Multicore.

19) Промывка ПП

Отмывка осуществляется струями жидкости (спрей-технология) в установке SMT-800 фирмы Aqueous Technologies. Водный растворов отмывочной жидкости Аквен-16, нагретый до 40-50єС, распыляется через форсунки на отмываемую плату. Время струйной отмывки 5-15 минут. После этого из камеры насосом откачивается отмывочная жидкость и подается вода для ополаскивания. Время ополаскивания 5-15 минут. Финишное ополаскивание деионизованной водой в течение 2-5 минут и затем сушка.

20) Контроль сборки

По окончании монтажа на обе стороны платы проводится контроль качества, включающий проверку под микроскопом правильности установки компонентов в соответствии с чертежом, качества паяных соединений, отсутствия загрязнений на платах, между выводами и под компонентами.

· Визуальный контроль

Автоматизированный визуальный контроль сборочных ячеек осуществляется установкой 22FX фирмы Marantz.

· Рентгеновский контроль

Рентгеновский контроль осуществляется на Технологическом оборудовании XBIM-130 фирмы Piergiacomi.

21) Тестирование

Визуальный контроль, проверка функционирования.

Анализ технологичности ФЯ вычислительного модуля по производственным показателям.

Для объективной и разносторонней оценки спроектированного ТП необходимо произвести расчет количественных производственных показателей технологичности. Исходные данные для расчёта частных и балльных показателей, а также полученные результаты вычислений представлены в таблице 2.3.

1) Коэффициент простоты изготовления изделия:

где: n_П - количество подгоняемых или подбираемых ЭРЭ с целью обеспечения выходных параметров с требованиями ТУ;

n_Р - число регулировочных элементов;

N - общее количество ЭРЭ.

Балльный показатель:

2) Коэффициент расширенных допусков:

где n_Р.Д. - количество ЭРЭ с допусками д ? 10% от номинала;

Балльный показатель:

3) Коэффициент простоты выполнения монтажных соединений:

где: n_Г.В. - количество монтажных соединений, выполняемых с использованием отдельных перемычек монтажным проводом;

n_М.С. - общее количество монтажных соединений, включая печатные проводники.

Т.к. n_Г.В. = 0, то

Балльный показатель:

4) Коэффициент ограничения числа видов сборочно-монтажных соединений:

где: n_В.С. - число видов сборочных и монтажных соединений с учетом конкретного способа их выполнения (винтовые, клееные, паяные, сварные и т.д.);

n_П.С. - число пар, соединяемых любым видом соединений конструктивных элементов изделия.

n_В.С. = 3; n_П.С. много больше 1000, поэтому:

Балльный показатель:

5) Коэффициент использования групповых методов обработки:

где: n_Г.М. - число операций ТП, использующих групповые методы обработки;

n_ОП - общее число операций.

Балльный показатель:

6) Коэффициент автоматизации и механизации сборки и монтажа ЭРЭ:

где n_А.С.М. - количество монтажных соединений, которые осуществляются автоматизированным или механизированным способом.

Т.к. все монтажные соединения осуществляются автоматизированным способом, за исключением нескольких механических соединений, осуществляемых вручную, тогда:

Балльный показатель:

7) Коэффициент автоматизации и механизации операций регулировки и контроля электрических параметров изделия:

где: n_А.Р.К. - количество операций регулировки и контроля, осуществляемых механизированным и автоматизированным способом;

n_К - общее число операций регулировки и контроля.

Балльный показатель:

8) Коэффициент использования типовых технологических процессов:

где n_Т.Т.П. - количество операций, выполняемых по типовым технологическим процессам.

Балльный показатель:

Таблица 2.3

Таблица показателей технологичности изделия по производственным показателям

№ п/п	Производственные показатели, определяемые коэффициентами	Обозначение показателя	Нормативное значение показателя	Эквивалент одного балла	Расчетный частный показатель	Балльный показатель
1	Простоты изготовления изделия		0,95	0,2	1	4,25
2	Расширенных допусков		0,9	0,3	0,67	3,23
3	Простоты выполнения монтажных соединений		0,6	0,15	1	5
4	Ограничения видов соединений		0,9	0,1	0,999	4,99
5	Использования групповых методов технологии		0,4	0,25	0,47	4,28
6	Автоматизации и механизации сборки и монтажа		0,87	0,3	1	4,43
7	Автоматизации и механизации регулировки и контроля		0,5	0,13	0,33	2,7
8	Применения типовых тех. процессов		0,6	0,15	0,47	3,13

С учетом достигнутых балльных показателей рассчитаем среднебалльный производственный показатель технологичности.

Т.к. среднебалльный производственный показатель технологичности равен четырем, то изделие технологично.

2.10 Разработка специальной технологической оснастки

Тестируемую ячейку подключают к стенду контроля через переходное устройство (ПУ) при помощи шлейфов. Стенд контроля представляет собой установку тестового контроля УТК-512. В состав УТК-512 входит ПЭВМ.

Изделие предназначено для контроля и диагностики цифровых устройств. Изделие обеспечивает:

- контроль электрических уровней логических сигналов по параметру «0» или «1» и задержки распространения сигналов в цепях цифровых устройств;

- периферийное сканирование цифровых устройств по интерфейсу JTAG;

- в условиях мелкосерийного, серийного производства, а также позволяет производить разработку и отладку тест-программ на цифровые устройства.

Подключение ячейки к установке УТК-512 осуществляется по схеме контроля ячейки, приведенной на рисунке 2.4. Для тестирования ячейки необходимо питающее напряжение +5В. В качестве источника электропитания «+5В» используется источник постоянного тока Б5-71. Также в стенд контроля входит осциллограф MSO7104B.

Рисунок 2.4 - Схема контроля ячейки

Технологическая инструкция по проверке ячейки вычислительного модуля.

1) Для проведения тестового контроля ячейки необходимо собрать схему контроля ячейки согласно рисунку 2.4. Все подключения производят при отключенном электропитании. Соединители каналов тестовой установки УТК-512 подключить к соединителям переходного устройства (ПУ) согласно таблице 2.4.

2) Источник питания постоянного тока Б5-71 подключить через контакты соединителя «XT1» переходного устройства (ПУ). Вставить контролируемую ячейку в переходное устройство через соединители «X1», «X2».

3) Запустить на ПЭВМ стенда контроля данные программы контроля на ячейку вычислительного модуля с помощью программы «ИПС Ястек».

4) Установить в программе параметры проверки согласно таблице 2.5.

Таблица 2.4

Таблица подключения

Позиционное обозначение соединителей тестовой установки УТК-512	Позиционное обозначение соединителей переходного устройства ПУ
Х1	X1L	X5
	X1R	X6
Х2	X2L	X7
	X2R	X8
Х4	X4L	-
	X4R	X12
Х5	X5L	X13
	X5R	X14
Х6	X6L	X15
	X6R	X16

5) В программе «ИПС Ястек» выбрать режим «Осциллографирование» и задать начальный и конечный такты тестовой программы. Запустить режим «Осциллографирование».

Таблица 2.5

Параметры проверки

Параметр	Значение
Частота	20 МНz
Уровень лог. 0	0,6 V
Уровень лог. 1	2,4 V

6) Подать на переходное устройство напряжение (5,00±0,25) В с источника питания постоянного тока. Поданное напряжение 5В отрегулировать на источнике питания с помощью регулятора «U», по показаниям напряжения на вольтметре В7-40/5 между гнездами Х3:1 и X3:5 переходного устройства так, чтобы напряжение по показаниям вольтметра В7-40/5 между этими контактами было 5 В.

7) В программе «ИПС Ястек» выбрать режим «Прогон», а затем «Контроль», в результате начнется выполнение тестовой программы.

Ячейку считают выдержавшей испытания по тестовой программе, если для этой программы в среде «ИПС Ястек» получено сообщение «Выполнение программы завершено, изделие исправно».

8) Снять напряжение 5В с переходного устройства, для чего выключить источник питания постоянного тока Б5-71.

Выводы:

В данном разделе дипломного проекта:

· разработана конструкция ячейки вычислительного модуля для устройства цифровой обработки сигналов;

· для конструкции ФЯ выбраны способ охлаждения и компоновочная схема исходя из параметров ФЯ;

· выполнены расчеты надежности по внезапным отказам и вибропрочности конструкции, полученные значения этих параметров полностью удовлетворяют ТЗ;

· рассчитаны оценки технологичности конструкции ФЯ по конструкторским и производственным параметрам, по полученным значениям можно сделать вывод, что конструкция технологична;

· разработан технологический процесс сборки и монтажа ФЯ вычислительного модуля, а также специальная технологическая оснастка для ее контроля.

элементный ячейка вычислительный печатный



3. Экономическая часть

3.1 Обоснование целесообразности разработки ячейки вычислительного модуля

Необходимость разработки ячейки вычислительного модуля связана, прежде всего, с ужесточением требований к вычислительным комплексам и увеличением возлагаемых на них задач.

Для оценки целесообразности разработки необходимо провести сравнение по следующим функционально-техническим характеристикам:

1) количество функциональных ячеек в блоке (количество ФЯ, необходимых для решения задачи обработки сигналов);

2) использование современной элементной базы;

3) возможность перепрограммирования отдельных узлов ФЯ;

4) потребляемый ток;

5) возможность тестирования на УТК (универсальный технологический комплекс).

Данные сведены в таблицу 3.1.

Качество разрабатываемой ячейки вычислительного модуля по сравнению с существующим аналогом и целесообразность ее разработки определяется по результатам расчета и анализа индекса технического уровня проектируемого изделия.

Таблица 3.1

Функционально-технические характеристики проектируемой техники

Функционально-технические характеристики	Единица измерения	Уровень функционально-технических характеристик	Значимость характеристик качества изделия
		Аналог	Проектируемая техника
Количество функциональных ячеек в блоке (количество ФЯ, необходимых для решения задачи обработки сигналов)		8	4	0,25
Использование современной элементной базы		нет	да	0,25
Возможность перепрограммирования отдельных узлов ФЯ		нет	да	0,2
Потребляемый ток	А	не более 12	не более 7,5	0,2
Возможность тестирования на УТК (универсальный технологический комплекс)		нет	да	0,1

Индекс технического уровня проектируемого изделия рассчитывается по формуле [19]:

где: , - уровень i-й функционально-технической характеристики соответственно нового (проектируемого) и базового изделий;

м_i - значимость i-й функционально-технической характеристики качества изделия;

n - количество рассматриваемых функционально-технических характеристик.

Технический уровень новых приборов и радиоэлектронных изделий должен быть увязан с долей влияния их как комплектующих изделий на конечный результат функционирования техники более высокого уровня иерархии через коэффициент К_В, величина которого колеблется в пределах К_В ? 1. Тогда технический уровень проектируемых приборов и радиоэлектронных изделий будет:

Так как проектируемое устройство является аппаратурой специального назначения, то для него коэффициент К_В = 0,25.

Поскольку полученное значение больше 1, делаем вывод, что разработка ячейки вычислительного модуля целесообразна.

3.2 Определение трудоемкости и планирование разработки

Определение трудоемкости этапов разработки (в нашем случае ОКР) позволяет определить общую трудоемкость работ, необходимую для оценки затрат на разработку. Кроме того, это позволит рассчитать календарный план работы специалистов и определить время, необходимое на каждый этап разработки. Состав работ, их удельный вес приведен в таблице 3.2.

Календарное планирование проектно-конструкторских работ осуществляется по календарному плану. Этапы работ, их трудоемкость и удельный вес связаны с выполнением дипломного проекта и представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.2

Трудоемкость разработки новой техники

Номер этапа	Наименование этапов работ	Удельный вес,%	Трудоемкость этапа, чел-дн.
1	Разработка технического задания	11	6
2	Разработка функциональной схемы	25	14
3	Реализация контроллера и дешифратора на ПЛИС	20	12
4	Разработка принципиальной схемы	22	11
5	Написание тестовой программы	13	7
6	Оформление технической документации	9	5
	Итого:	100	55

Производственный цикл каждого этапа рассчитывается по формуле:

где: - трудоемкость этапа, чел-дни;

t_рд - продолжительность рабочего дня, час;

q - количество работников, одновременно участвующих в выполнении работ, чел.

Пересчет производственного цикла в календарные дни осуществляется умножением на коэффициент 1,4.

Таблица 3.3

Расчет календарного плана работ

Номер этапа	Наименование этапов работ	Удельный вес,%	Трудоемкость этапа, чел-дн.	Кол-во исполнителей	Длительность этапа, календ. дни (календ. даты)
1	Разработка технического задания	11	6	1	9 (10.10-18.10)
2	Разработка функциональной схемы	25	14	1	20 (19.10-7.11)
3	Реализация контроллера и дешифратора на ПЛИС	20	11	1	15 (8.11-22.11)
4	Разработка принципиальной схемы	22	12	1	16 (23.11-8.12)
5	Написание тестовой программы	13	7	1	10 (9.12-18.12)
6	Оформление технической документации	9	5	1	7 (19.12-25.12)
	Итого:	100	55	-	77 (10.10-25.12)

По результатам таблицы 3.3 построен график выполнения работ (см. рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Календарный график выполнения работ

3.3 Определение затрат, себестоимости и цены ОКР

Определение затрат на проектирование новой техники начинается с определения затрат на оплату труда персонала. При этом зарплата персонала по стадиям (этапам) работ (З_зп?) рассчитывается по формуле:

где: - итоговая трудоемкость, чел.-дн.;

ф_j - средняя дневная тарифная ставка оплаты работ, руб./дн.;

Средняя дневная тарифная ставка инженера определяется по формуле:

где - месячный оклад инженера. При ф = 17000 руб. имеем:

Заработная плата персонала (разработчика):

Величина заработной платы корректируется на процент премиальных выплат, который составляет 20% (по данным преддипломной практики):

Отчисления на социальные нужды составляют 30,2% от заработной платы:

Стоимость материалов определена прямым счетом и представлена в таблице 3.4.



Таблица 3.4

Стоимость материалов

№ п/п	Наименование материалов	Количество в натуральном измерении	Общая стоимость, руб.
1	Многослойная ПП	255,85х160 мм2	12400
2	Припой ПОС 61	Катушка 100 г	330
3	Клей ВК-9	Тюбик 10 г	200
4	Лак УР-231	Банка 0,8 кг	240
	Итого:		13170

Стоимость покупных комплектующих изделий определяется также прямым счетом и представлена в таблице 3.5. В таблице 3.6 обобщены все затраты на разработку.

Накладные и прочие расходы - по данным предприятия.

Удельные затраты на разработку изделия определяются по формуле:

где: З_Р - затраты на проектирование новой техники, руб.;

N - объем проектируемой новой техники, шт.

Таблица 3.5

Стоимость покупных комплектующих изделий

№ п/п	Наименование покупных комплектующих изделий	Количество в натуральном измерении	Цена за единицу, руб.	Общая стоимость, руб.
1.	Резисторы Р1-12-0,125-33 Ом±5%	3	0,15	0,45
2.	Резисторы Р1-12-0,125-100 Ом±1%	1	0,25	0,25
3.	Резисторы Р1-12-0,125-1 кОм±1%	1	0,35	0,35
4.	Резисторы Р1-12-0,125-4,75 кОм±1%	71	0,35	24,85
5.	Резисторы Р1-12-0,125-0,15 Ом±5%	18	0,2	3,6
6.	Резисторы Р1-12-0,125-470 Ом±5%	8	0,35	2,8
7.	Резисторы Р1-12-0,125-2 кОм±1%	1	0,35	0,35
8.	Резисторы Р1-12-0,125-2,55 кОм±1%	1	20,5	20,5
9.	Резисторы Р1-12-0,125-221 Ом±1%	4	0,2	0,8
10.	Резисторы Р1-12-0,125-274 Ом±1%	4	0,2	0,8
11.	Резисторы Р1-12-0,125-10 Ом±2%	4	0,35	1,4
12.	Резисторы Р1-12-0,125-22,1 кОм±1%	2	0,5	1
13.	Резисторы Р1-12-0,125-10 кОм±1%	6	1,1	6,6
14.	Резисторы Р1-12-0,125-7,5 кОм±1%	2	0,7	1,4
15.	Резисторы Р1-12-0,125-110 кОм±1%	4	0,35	1,4
16.	Резисторы Р1-12-0,125-909 Ом±1%	1	0,35	0,35
17.	Резисторы Р1-12-0,125-3,65 кОм±1%	1	0,35	0,35
18.	Резисторы Р1-12-0,125-13 кОм±1%	1	0.35	0,35
19.	Ферритовые бусинки BDS3/3/4.6-4S2	8	3,5	28
20.	Катушки индуктивности SDR0805-4R7M	4	10	40
21.	Конденсаторы SMD 0805-X7R 50 V-0.1 uF±10%	91	2,5	227,5
22.	Конденсаторы SMD 0805-NP0 50 V-1000 pF±5%	16	2	32
23.	Конденсаторы SMD 0805-X7R 50 V-1000 pF±10%	64	1	64
24.	Конденсаторы SMD 0805-X7R 50 V-1 uF±10%	13	12	156
25.	Конденсаторы SMD 1206-Y5V 16 V-10 uF±20%	6	10,5	63
26.	Конденсаторы SMD 7343 TANTALUM-10 V-220 uF±20%	4	100	400
27.	Конденсаторы SMD 3216 TANTALUM-16 V-4.7 uF±20%	4	1,5	6
28.	Конденсаторы SMD 7343 TANTALUM-10 V-330 uF±20%	8	28	224
29.	Конденсаторы SMD 0805-NP0 50 V-47 pF±5%	4	0,7	2,8
30.	Конденсаторы SMD 7343 TANTALUM-16 V-100 uF±20%	35	8	280
31.	Конденсаторы SMD 0805-X7R 50 V-0.01 uF±10%	84	0,4	33,6
32.	Конденсаторы SMD 0201-X5R 10 V-0.01 uF±10%	25	23	575
33.	Конденсаторы SMD 0201-X5R 16 V-1000 pF±10%	26	9	234
34.	Конденсаторы SMD 0805-Y5V 10 V-2.2 uF±20%	10	9	90
35.	Конденсаторы EEEFKJ101UAR 6.3 V-100 uF±20%	4	60	240
36.	Конденсаторы SMD 7343 TANTALUM-25 V-33 uF±20%	4	88	352
37.	Конденсаторы SMD 0201-X5R 6.3 V-0.1 uF±10%	11	17	187
38.	Конденсаторы EEEFK1C100AR 16 V-10 uF±20%	9	6	54
39.	Конденсаторы SMD 0805-Y5V 10 V-4.7 uF±20%	10	3	30
40.	Конденсаторы SMD 7343 TANTALUM-10 V-150 uF±20%	4	110	440
41.	Микросхема 74GTLPH1645DGGR	5	450	2250
42.	Микросхема SN74LVTH16245ADGG	2	102	204
43.	Микросхема EPM7256AEQI208-7	1	11435	11435
44.	Модуль EXB28V102JX	1	5	5
45.	Микросхема 74LVT244MTC	1	7,5	7,5
46.	Микросхема EPCS16SI8	1	560	560
47.	Модуль EXB2HV103JV	1	9	9
48.	Микросхема SN65LVDS2DBV	1	84	84
49.	Микросхема EP2C15AF484C6	1	4875	4875
50.	Микросхема ADSP-TS201SABP-050 с радиатором 10-6327-01	8	26100	208800
51.	Микросхема GXO-7531/AIN-100.0 MHz	1	1170	1170
52.	Микросхема MAX1623EAP	4	370	1480
53.	Микросхема PTH05060WAH	2	1490	2980
54.	Микросхема IDT74FCT3807EPYI	1	253	253
55.	Микросхема IDT49FCT3805EPYI	1	578	578
56.	Микросхема 74AVC16244DGG	1	345	345
57.	Розетка угловая 617С037SAJ221	1	470	470
58.	Вилка 02 01 160 2101	2	475	950
59.	Вилка PLD-10	2	5	10
60.	Вилка PLD-14	1	7	7
	Итого:			240299

Данный показатель используется в сравнительном анализе при выборе варианта новой техники. Объем производства проектируемой новой техники N = 20 шт. (по данным предприятия).

Таблица 3.6

Затраты на проектирование новой техники

№ п/п	Наименование элементов и статей затрат	Затраты, руб.	Удельный вес,%
1.	Материалы	13170	3,5
2.	Покупные комплектующие изделия	240299	63,3
3.	Заработная плата основных исполнителей	46749,78	12,3
4.	Отчисления на социальные нужды и на случай травматизма	14118,43	3,7
5.	Накладные расходы (120% от ЗП)	56100	14,8
6.	Прочие расходы (20% от ЗП)	9350	2,4
	Итого:	ЗР = 379787,21	100

Цена ОКР, то есть цена НТПр, определяется из принципа обеспечения безубыточности деятельности организации и получении прибыли:



где: З_НТПр - затраты на создание НТПр;

З_ЗП - оплата труда персонала;

с_ЗП - уровень рентабельности разработки ПП по отношению к оплате труда основных исполнителей, обеспечивающий безубыточную деятельность; принимается на уровне рентабельности НТПр: с_ЗП = 300%.

3.4 Определение себестоимости и цены новой техники

Себестоимость производства определяется с использованием метода укрупненных расчетов по удельному весу затрат на ПКИ в себестоимости производства НТ по формуле:

где: С_ПКИ - стоимость покупных комплектующих изделий (ПКИ), используемых при производстве НТ;

d_ПКИ - удельный вес стоимости ПКИ в себестоимости НТ.

В нашем случае новая техника (ячейка) относится к радиоэлектронной аппаратуре, следовательно d_ПКИ = 0,7.

Цена новой техники определяется с учетом показателя рентабельности ее производства по формуле:

где: С_НТ - себестоимость новой техники, руб.;

с_НТ - норматив рентабельности производства новой техники,%.

Рентабельность производства разрабатываемой новой техники с_НТ = 30% (по данным предприятия).

Отпускная цена новой техники:

3.5 Определение затрат на эксплуатацию новой техники

Годовые эксплуатационные затраты учитывают лишь те затраты, которые претерпевают изменения при их сопоставлении со сравниваемыми изделиями. В рассматриваемом случае в состав эксплуатационных затрат входят: амортизационные отчисления, затраты на текущий ремонт техники, заработная плата обслуживающего персонала.

Затраты на электроэнергию не определяются, т.к. электропитание осуществляется от электрогенератора. Величины амортизационных отчислений и затрат на ремонт определяются прямым счетом.

Амортизационные отчисления:

где: Ц_НТ - цена новой техники, руб.;

Т_С - срок службы техники (Т_С = 10 лет - по данным предприятия).

Затраты на текущий ремонт техники:



где Н_Р - норматив затрат средств на ремонт в процентах от цены-нетто;

Н_Р = 5%.

При расчете затрат на оплату труда персонала, обслуживающего технику можно использовать упрощенный метод определения:

Тогда суммарные эксплуатационные затраты для новой техники:

Затраты на оплату труда персонала, обслуживающего технику:

Суммарные эксплуатационные затраты для аналога:

Стоимость покупных комплектующих изделий базовой техники (аналога) по данным предприятия равна С_ПКИб = 409100 руб.

По формуле (3.8) определим себестоимость производства аналога:

Определим стоимость базовой техники по формуле (3.9):

Амортизационные отчисления для аналога (базовой техники):

Затраты на ремонт базовой техники:

Таким образом, суммарные эксплуатационные затраты для аналога:

Затраты на оплату труда персонала, обслуживающего технику (аналог):

Все результаты расчетов эксплуатационных затрат сведены в таблице 3.7.

Таблица 3.7

Годовые эксплуатационные затраты

№ п/п	Наименование статей затрат	Сумма затрат, руб.
		Аналог	Проектируемое устройство
1	Заработная плата обслуживающего персонала	75975,71	44626,96
2	Амортизационные отчисления	75975,71	44626,96
3	Затраты на ремонт	37987,86	22313,48
Итого:	189939,28	111567,4

3.6 Определение и оценка показателей экономической эффективности разработки

Экономическая эффективность проектируемой техники характеризуется эффективностью вложений в эту технику. При этом учитывается ее технический уровень, экономичность технической эксплуатации и технико-экономическая прогрессивность.

Экономичность технической эксплуатации:

где: З_ЭКСУБ, З_ЭКСУН - годовые эксплуатационные затраты по базовой и новой технике;

J_ТУ - индекс технического уровня новой техники.

Уровень технико-экономической прогрессивности:

Т.к. экономический эффект ожидается за счет того, что проектируемая техника НТ является более технологичной при эксплуатации, т.е. имеет место опережение повышения эксплуатационной технологичности по сравнению с ростом эксплуатационных затрат, то для расчета экономического эффекта (Э_ОКР/экс) применимо выражение:

где k_оп.экс - коэффициент опережения повышения эксплуатационной технологичности по сравнению с изменением затрат на выполнение соответствующей единицы работы.

где J_ЭП - уровень эксплуатационной прогрессивности НТ, характеризующий повышение эксплуатационной технологичности, J_ЭП = J_ТУ.

Уровень экономической эффективности разработки новой техники для ОКР определяется с учетом предпроизводственных затрат:

где У_З.р - удельные затраты на разработку новой техники, руб.

Срок окупаемости разработки:

Выводы:

В данном разделе было выполнено технико-экономическое обоснование разработки ячейки вычислительного модуля для устройства цифровой обработки сигналов. В результате расчетов определены следующие показатели: индекс технического уровня изделия; трудоемкость и срок выполнения разработки, затраты, себестоимость, цена ОКР, цена новой техники; затраты на эксплуатацию новой техники, а также проведено календарное планирование разработки, определены показатели экономической эффективности: экономический эффект, уровень экономической эффективности разработки и срок ее окупаемости.

Данная разработка является целесообразной, так как ее технический уровень J_ТУ = 7,9.

Разработка является экономически эффективной, так как окупится в течение 2,76 месяцев.



4. Охрана труда и окружающей среды

Создание безопасных условий труда разработчика при проведении контроля ячейки вычислительного модуля

При разработке в данном дипломном проекте ячейки вычислительного модуля используется ПК, а также стенд контроля, на котором осуществляется тестирование и контроль ячейки. Этот процесс может подвергаться воздействию неблагоприятных факторов, таких как электрический ток (повышенное напряжение) и неблагоприятный микроклимат, поэтому необходимо разработать мероприятия по обеспечению безопасности труда.

4.1 Анализ условий труда разработчика

Процесс проведения контроля ячейки вычислительного модуля предполагает работу за стендом контроля.

Стенд контроля представляет собой электроустановку, состоящую из УТК (универсальный технологический комплекс), ПК, осциллографа. Потребляемая мощность УТК равна 500 Вт, осциллографа - 80 Вт, ПК - 450 Вт. Напряжение питания - 220 В, с переменным током частотой 50 Гц; сеть - трехфазная четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью, система TN.

Количество работников в помещении составляет 14 человек, в помещении находятся 14 ПК, 2 принтера и стенд контроля. Потребляемая мощность принтера составляет 1000 Вт.

В помещении, размером 15Ч6Ч3,2 м, имеется 4 окна с двойным остеклением, деревянными рамами, выходящие на юго-запад, размером 2,1Ч1,5 м; 12 светильников, в каждом по 4 лампы мощностью 18 Вт, встроенных в подвесной потолок; пол покрыт линолеумом.

Таким образом, разработчик при проведении контроля ячейки вычислительного модуля может подвергаться воздействию следующих факторов:

· неблагоприятный микроклимат;

· электрический ток (повышенное напряжение).

4.1.1 Микроклимат

Микроклимат является одним из важнейших факторов для создания безопасных условий труда. Микроклимат производственных помещений - это метеорологические условия внутренней среды этих помещений, которые определяются действующими на организм человека сочетаниями температуры, влажности, скорости движения воздуха и теплового излучения [21].

Перечисленные параметры оказывают огромное влияние на функциональную деятельность человека, его самочувствие и здоровье и на надежность средств вычислительной техники.

Выделение тепла от различных источников в теплый период года складывается из следующих составляющих [22]:

где: Q - количество тепла в помещении, Вт;

Q_обор - тепло от оборудования, Вт;

Q_л - поступление тепла от персонала, Вт;

Q_осв - выделение тепла системой искусственного освещения, Вт;

Q_огр.к - поступление тепла через ограждающие конструкции (в теплый период = Q_р (со знаком +), Вт.

Теплый период года - период года, характеризуемый среднесуточной температурой наружного воздуха выше +10°С.

В рассматриваемом помещении источником тепла является следующее оборудование: вычислительные машины (ПК), принтеры, стенд контроля.

Основными источниками теплоты ПК являются материнская плата, центральный процессор и графический процессор видеокарты (на их долю приходится более половины рассеиваемого тепла), Q_ПК = 300 Вт.

Избыток тепла в помещении равняется:

Рассчитаем количество тепла, выделяемое стендом. Т.к. стенд состоит из УТК, ПК и осциллографа, то количество выделяемого тепла складывается из его составляющих. При отсутствии данных о количестве выделяемого тепла от оборудования, величину теоретически возможного выделения тепла можно рассчитать по формуле:

где: K₁ - коэффициент использования установочной мощности оборудования (обычно K₁ = 0,95);

K₂ - коэффициент, учитывающий процент одновременно работающего оборудования (K₂ = 0,8ч1,0), исходя из наихудшего случая примем K₂ = 1;

N_обор - суммарная установочная мощность оборудования, Вт.

Тогда количество тепла, выделяемое осциллографом равно:

Количество тепла, выделяемое УТК:

Таким образом, количество тепла, выделяемое стендом, равно:

Количество тепла, выделяемое принтером:

Определим избыток тепла в помещении:

q - количество полного тепла, выделяемого одним человеком в помещении, обычно принимают с учетом категории работ по энергозатратам.

Разграничение работ по категориям осуществляется на основе интенсивности общих энергозатрат организма в ккал/ч (Вт). Согласно СанПиН 2.2.4.548-96 работы делятся на следующие категории: Iа, Iб, IIа, IIб, III [23]. По роду деятельности, работа разработчика вычислительной аппаратуры относится к категории Iб.

К категории Iб относятся работы с интенсивностью энергозатрат 121-150 ккал/ч (140-174 Вт), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением.

Количество теплоты, выделяемое одним человеком:

· при физической - легкой работе = 150 Вт.

Отсюда,

где n - количество работающих в смену,

n = 14, q = 150 Вт - для легкой работы,

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах производственного помещения для работ категории Iб согласно СанПиН 2.2.4.548-96 приведены в таблице 4.2.

Количество тепла, поступающего от электрического освещения, определяют по фактической мощности осветительной установки: