определяется средний перегрев воздуха в блоке:

?в=0.5*(?к+?з) (4.4.11)

определяется удельная мощность элемента:

q_эл=Рэл/Sэл (4.4.12)

где Рэл - мощность, рассеиваемая элементом, температуру которого требуется определить;

Sэл - площадь поверхности элемента, омываемая воздухом.

13) рассчитывается перегрев поверхности элементов:

?эл=?з(а+b*q_эл/q_з) (4.4.13)

14) рассчитывается перегрев окружающей элемент среды:

?э-с=?в(0.75+0.25*q_эл/q_з) (4.4.14)

15) определяется температура корпуса блока:

Тк=?к+Тс (4.4.15)

где Тс - температура окружающей среды;

16) определяется температура нагретой зоны:

Тз=?з+Тс (4.4.16)

17) определяется температура поверхности элемента:

Тэл=?эл+Тс (4.4.17)

18) находится средняя температура воздуха в блоке:

Тв=?в+Тс (4.4.18)

19) рассчитывается температура окружающей элемент среды:

Тэ-с=?э-с+Тс (4.4.19)

4.5 Расчет показателей надежности и восстанавливаемости

Проблема обеспечения надёжности изделий радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) связана со всеми этапами её создания и всем периодом её практического использования. Надёжность изделия РЭА в основном закладывается в процессе его конструирования и обеспечивается в процессе его изготовления путем правильного выбора технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления. Надёжность обеспечивается применением правильных способов хранения изделия и поддерживается правильной его эксплуатацией, планомерным уходом, профилактическим контролем и ремонтом. Принимая во внимание выше сказанное, следует определить необходимость специальных мер для повышения или же для стабилизации показателей надёжности устройства для оценки паяемости функциональных покрытий элементов РЭС.

Наиболее часто употребляются следующие показатели надёжности:

1) вероятность безотказной работы P(t) - вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет;

2) средняя наработка на отказ То - отношение суммарной наработки объекта к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки;

3) заданная наработка t (заданное время безотказной работы) - наработка, в течение которой объект должен безотказно работать для выполнения своих функций;

4) интенсивность отказов ? - вероятность отказов неремонтируемого изделия в единицу времени после заданного момента времени при условии, что до этого отказ не возникал. Другими словами - это число отказов в единицу времени отнесённое к среднему числу элементов, исправно работающих в данный момент времени.

5) время восстановления Тв - затраты времени на восстановление отказа. После возникновения отказа работоспособность устройства восстанавливается путем ремонта (устранение неисправности). Время восстановления складываются из времени поиска неисправности, времени замены неисправного элемента. Время восстановления является случайной величиной, характеризуемой обычно средним временем восстановления Тв. Считается, что время восстановления распределено по экспоненциальному закону.

Среднее время восстановления зависит от количества функциональных элементов составляющего устройство, и от методики поиска и устранения. Чем сложнее система, тем больше времени затрачивается на её восстановление.

Оперируя этими понятиями можно судить о надёжностных характеристиках изделия. Итак, произведём расчёт надёжности, согласно [39], приняв следующие допущения:

отказы случайны и независимы;

учитываются только внезапные отказы;

имеет место экспоненциальный закон надёжности.

Последнее допущение основано на том, что для аппаратуры, в которой имеют место только случайные отказы, действует экспоненциальный закон распределения - закон Пуассона - и вероятность безотказной работы в течение времени t равна:

P(t) = exp (- ? * t) (4.5.1)

Учитывая, что с точки зрения надёжности все функциональные основные узлы и элементы в изделии соединены последовательно и значения их надёжностей не зависят друг от друга, т.е. выход из строя одного элемента не меняет надёжности другого и приводит к внезапному отказу изделия, то надёжность изделия в целом определяется как произведение значений надёжности для отдельных n элементов [39]:

(4.5.2)

С учётом (4.5.1) получим:

= exp, (4.5.3)

где ?i - интенсивность отказов i-го элемента с учётом режима и условий работы.

Учёт влияния режима работы и условий эксплуатации изделия при расчётах производится с помощью поправочного коэффициента Кэ - коэффициента эксплуатации и тогда ?i в формуле (5.3) выразится как:

?i = ?io * Кэ (4.5.4)

где ?iо - интенсивность отказов i-го элемента при лабораторных условиях работы и коэффициенте электрической нагрузки Кн=1.

Для точной оценки Кэ нужно учитывать несколько внешних и внутренних факторов: температуру корпусов элементов; относительную влажность; уровень вибрации, передаваемой на элементы и т.д. С этой целью может быть использовано следующее выражение:

Кэ = К₁ *К₂ * К₃ * К₄ * … К_i (4.5.5)

где К_i - поправочный коэффициент, учитывающий i-ый фактор;

К₁ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры;

К₂ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрической нагрузки;

К₃ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние влажности;

К₄ - поправочный коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий.

Все Ki определяются из справочных зависимостей и таблиц [39], где они приведены в виде К₁₂ и К₃₄, как объединённые К₁ с К₂ и К₃ с К₄.

После этого можно определить значение суммарной интенсивности отказов элементов изделия по формуле:

(4.5.6)

где n - число элементов в группе;

?io - интенсивность отказа элементов в i-ой группе;

Кэi - коэффициент эксплуатации элементов i-ой группе;

m - общее число групп.

Приведем последовательность расчета:

1) Определяют коэффициент электрической нагрузки по формуле:

Кн = Fраб / Fном, (4.5.7)

где Fраб- электрическая нагрузка элемента в рабочем режиме, эти характеристики берут из результатов электрического расчета принципиальной схемы РЭУ или получают путем экспресс-анализа электрических нагрузок схемных элементов;

Fном- номинальная или предельная нагрузка по ТУ,в качестве ее используют номинальные или предельные по ТУ электрические характеристики, выбранные для проектируемой конструкции РЭУ.

2) Принимают решение о том, какие факторы, кроме коэффициента электрической нагрузки, будут приняты во внимание.

3) Формируют группы однотипных элементов. Признаками объединения в одну группу является не только функциональное назначение элемента, но и примерное равенство коэффициентов и параметров, описывающих другие эксплуатационные факторы.

4) Определяется суммарная интенсивность отказов элементов с учетом коэффициентов электрической нагрузки и условий работы элементов в составе устройства. Пользуются формулами:

?_j = ?_0j; (4.5.8)

? = , (4.5.9)

где ?_j - интенсивность отказов элементов j-ой группы с учетом электрического режима и условий эксплуатации;

?_0j - справочное значение интенсивности отказов элементов j-й группы, j = 1,2,ј,k;

n_j - количество элементов в j-й группе, j = 1,2,ј,k;

k - число сформированных групп однотипных элементов;

? - поправочный коэффициент, учитывающий влияние фактора x_i, i = 1,2,ј,m;

m - число принимаемых во внимание факторов.

5) По формулам для экспоненциального закона распределения надежности подсчитывают показатели наработки на отказ, вероятности безотказной работы, гамма-процентной наработки до отказа( при ? = 95%).

Наработка на отказ определяется по формуле:

Т₀ = 1/?. (4.5.10)

Гамма-процентная наработка до отказа определяется по формуле:

t_? = - . (4.5.11)

Вероятность безотказной работы за время t_з определяется по формуле(4.5.1).

6) Подсчитывают показатели восстанавливаемости РЭУ. Среднее время восстановления рассчитывают по формуле в случае, если произведение ?_i*t_з?? 1:

Т_в = (4.5.12)

Вероятность восстановления за заданное время ?_з в предположении, что время восстановления распределено по экспоненциальному закону рассчитывают по формуле:

????_з? = 1 - exp( - ?_з / Т_в) (4.5.13)

7) При необходимости подсчитывают коэффициент готовности Кг и вероятность нормального функционирования Рн.ф.(t_з) по формулам:

Кг = (4.5.14)

Рн.ф.(t_з) = Кг*Р_е(t_з) (4.5.15)

Исходные данные по группам элементов, необходимые для расчёта показателей надёжности электрической нагрузки приведены в таблице 4.5.1.

Таблица 4.5.1

Справочные и расчётные данные об элементах конструкции

Группа элементов	Количество элементов в группе	Интенсивность отказов для элементов ?ioх10-6,1/ч	Произведе-ние ?0j*nj,x10-6 1/ч
1	2	3	4
Резисторы постоянные непроволочные, до 0,5Вт	44	0.1	4.4
Резисторы переменные проволочные	9	1.2	10.8
Конденсаторы керамические	28	0.05	1.4
Конденсаторы электроли-тические алюминиевые	6	0.55	3.3
Стабилитроны средней мощности, до 5 Вт	2	1.25	2.5
Диоды выпрямляющие маломощные	4	0.2	0.8
Диоды выпрямляющие средней мощности	2	0.5	1.0
Транзисторы кремниевые средней мощности	2	1.5	3.0
Полупроводниковые цифровые микросхемы 2-й степени интеграции	7	1.25	8.75
Предохранитель	1	0.5	0.5
Тумблер	2	0.4	0.8
Переключатель галетный	1	0.4	0.4
Разъем штепсельный	2	0.2	0.4
Индикатор стрелочный	1	4.0	4.0
Лампочка накаливания	1	8.0	8.0
Лепесток контактный	22	0.2	4.4
Вилка двухполюсная	2	0.5	1.0
Трансформатор входной	1	0.9	0.9
Провод монтажный	1м	0.3	0.3
Кабель питания	1	2.0	2.0
Провод	10м	0.6	6.0
Платы печатные	2	0.2	0.4
Соединения винтами	53	0.001	0.053
Паяные соединения	388	0.04	15.52
Конструкции несущие РЭУ	1	3.0	3.0

Результаты расчёта надёжности приведены в приложении. Исходными данными для расчёта являются: схема электрическая принципиальная; интенсивности отказов элементов, условия эксплуатации или вид РЭУ; заданное время непрерывной работы - 500 ч.

Результаты расчёта удовлетворяют требованиям ТЗ. Средняя наработка на отказ равна 32140.00 часа. Вероятность безотказной работы устройства с учётом восстановления равна 0.99732 .

Дополнительных мер по повышению надёжности устройства не требуется.

5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ДАТЧИКА

Одним из основных узлов ультразвукового кавитометра является датчик, который преобразует ультразвуковые механические колебания в электрический сигнал. Многогранность задач, возлагаемых на различные методы контроля и анализа сред, обусловила значительное разнообразие конструкций акустических датчиков, применяемых в лабораторных исследованиях, заводском экспресс-анализе и автоматическом контроле технологических процессов.

Основой данных датчиков являются преобразователи. В качестве преобразователя применяется акустический зонд для измерения звукового давления /18/.

Входное отверстие зонда соединено направляющей трубой с микрофоном. Для предотвращения отражения звука от конца направляющей трубы последняя снабжена дополнительной частью, которая заполнена пористым поглотителем и на конце которой расположен резонатор. Микрофон расположен перед дополнительной частью трубы в перпендикулярном к ней направлении.

В настоящее время в ультразвуковых технологических процессах пайки и металлизации применяются магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи. Наиболее перспективными являются пьезоэлектрические, которые по сравнению с магнитострикционными обладают высоким КПД, не требуют водяного охлаждения, имеют малые габариты и массу и в зависимости от типоразмеров могут работать в широком диапазоне частот. Следовательно, целесообразно использовать пьезоэлектрический преобразователь. Его работа основана на прямом пьезоэффекте, сущность которого состоит в том, что под действием упругой деформации кристалла возникает электрическое поле. Отсутствие у кристаллов центра симметрии ? необходимое условие существования пьезоэффекта. Только в этом случае приложение извне механических напряжений может привести к появлению нескомпенсированного электрического заряда.

Ультразвуковой преобразователь содержит пьезоэлектрический элемент, на противоположные стороны которого нанесены отражатель и акустический согласующий слой. Пьезоэлемент выполняется из пьезоэлектрического материала, имеющего акустическое сопротивление 2,5*10^6?15*10⁶ кг/м²*с, а отражатель имеет толщину /4, где?длина звуковой волны в материале отражателя на частоте, равной половине частоты свободного резонанса пьезоэлемента. Акустический согласующий слой состоит из материала, имеющего акустическое сопротивление 1,6*10⁶?4*10⁶ кг/м²*с и толщину /8?28/120, где -длина звуковой волны в акустическом согласующем слое на частоте, равной половине частоты резонанса пьезоэлемента /18/.

При конструировании датчиков контрольно-измерительной аппаратуры необходимо выбрать:

тип пьезоэлемента;

конструктивные элементы корпуса акустической головки;

способ соединения пьезоэлемента с волноводом для созда-ния надежного акустического контакта;

материал и конструктивные элементы демпфера;

защитное покрытие и материал для корпуса акустической головки;

способ вывода электрических проводов от пьезоэлемента к электрическому разъёму.

В качестве материалов для пьезоэлементов используют естественные монокристаллические пьезоэлектрики?кварц, сегнетову соль и искусственные?титанаты бария и кальция, цирконаты титаната свинца и др.

Благодаря невысокой стоимости и возможности изготовления приемников разнообразных геометрических форм широкое распространение получила пьезокерамика. Она обладает высоким пьезомодулем, значительной диэлектрической проницаемостью, малой гигроскопичностью, сравнительно большой механической и электрической прочностью. Пьезоэлектрический модуль для пьезокерамики примерно в 100 раз больше, чем для кварца. Импеданс пъезокерамики низкий по сравнению с импедансом кварца; это позволяет создавать пьезодатчики большой акустической мощности.

В настоящее время наиболее широко в производственных датчиках применяются пластины из цирконата-титаната свинца (ЦТС). Из всей пьезокерамики эти пластины обладают наибольшим пьезоэффектом и имеют наибольшую точку Кюри (около 330°С). Кроме того, они имеют большую прочность, чем пьезокерамика из титаната бария. Керамика ЦТС имеет более стабильные характеристики при изменении напряженности поля и температуры, чем титанат бария. Скорость звука, модуль Юнга и резонансная частота при изменении температуры меняются незначительно. Пьезомодуль керамики ЦТС с увеличением температуры линейно возрастает. Как же как и титанат-бариевые элементы, материал ЦТС допускает механическую обработку и создание из него элементов практически любых форм и размеров. Поэтому выбираем для изготовления пьезоэлемента керамику ЦТС.

Выбор типа пьезоэлемента зависит от коэффициента полезного действия (КПД) пьезоэлементов. КПД преобразователей определяется активной нагрузкой в технологическом режиме: нагрузочным коэффициентом p и коэффициентом электромеханической связи по мощности k.

Электромеханический КПД

Эм = k /(k +p+1), (5.1)

Механико-акустический КПД

Ма = p / (p+1) , (5.2)

Электроакустический КПД

Эа = * , (5.3)

В таблице 5.1 приведены расчетные значения КПД пьезокерамического преобразователя с удельной мощностью 5 Вт/см² на частоте 440 кГц.

Таблица 5. 1

КПД пьезокерамического преобразователя

Пьезоэлемент	Эм	Ма
Полуволновой	0.85	0.68
Четвертьволновой	0.84	0.59
Многослойный	0.80	0.64

Так как КПД полуволнового пьезоэлемента имеет наибольший КПД, то выбираем такой тип преобразователя. Полуволновой преобразователь бывает круглой или прямоугольной формы. Для удобства при проведении измерений корпус датчика делается цилиндрической формы. Следовательно, выбираем круглую пластину. Её толщина на частоте основного резонанса fо определяется выражением (5.4):

d= ?/2=c/(2fo), (5. 4)

где ?? длина волны в материале преобразователя;

с - скорость звука.

Решая уравнение (5.4) определяем толщину пластины из цирконата титаната свинца

d=2,9*10³ / 2*300*10³=4,8мм

С целью исключения разрушающего действия среды или ультразвуковой кавитации на пьезощуп используем конструкцию, в которой пьезоэлемент вынесен из среды, а звуковые колебания передаются к приемнику с помощью металлического волновода.

Очень важно выбрать оптимальную длину передающего волновода. В статье /14/ было определено влияние длины передающего ультразвукового волновода на выход напряжения. Длина варьировалась от 142,5 мм до 122,5 мм. Все измерения проводились с одним и тем же волноводом. Вначале его длина составляла 142,5 мм, но после каждой серии измерений благодаря шлифованию (измельчению) он укорачивался на 2 мм, пока не достиг длины 122,5 мм. Измерения проводились в ванне со 100% припоем при температуре 250°С. Результаты показывают, что выход напряжения в значительной мере зависит от длины волновода. Причина заключается в том, что длина волновода, скорость звука и частота должны быть в полном соответствии для получения максимального эффекта. Был сделан вывод, что для достижения максимального эффекта, длина звукового волновода должна быть ?/2. Учитывая это, рассчитаем длину волновода.

Длина волны на резонансной частоте 300 кГц определяется по формуле:

? = c /f₀ , (5.5)

где ?- длина волны;

с - скорость звука в стали, равная 5200 м/с;

f₀- резонансная частота.

Тогда получаем длину волны

? = 5200/ 300 * 10³ = 17.3*10^-3м

Длина волновода, соответственно, равна d = 8.7 мм.

Для возбуждения в волноводе только продольных колебаний стержень волновода покрывается звукопоглощающим материалом, а для защиты от кавитирующей среды корпус датчика выполнен из коррозионно-стойкого материала-полиамида. Данный материал обладает высокой прочностью и предназначен в основном для изготовления различных изделий конструкционного и электроизоляционного назначения.

Для создания электрического контакта поверхностей пьезопластины, её прижимают цилиндрической пружиной к припою, соединенному с волноводом. Благодаря этому обеспечивается получение хорошего акустического контакта пьезопластины с волноводом. Кроме того, поджим пружиной обеспечивает стабильность акустических характеристик датчиков в условиях серийного производства и при больших вибрационных и ударных нагрузок в период эксплуатации.

Однако, необходим надежный электрический контакт внутренней поверхности пьезопластины с кабелем. Для этой цели можно припаять легкий мягкий проводник к посеребренной поверхности пьезопластины, но в большинстве случаев это ненадежно, так как обычно слой серебра тонок и недостаточно прочно соединен с поверхностью пьезопластины. Поэтому наиболее часто электрический контакт осуществляется поджимом металлического серебряного контакта, имеющего заостренные кромки по диаметру, который составляет 2/3 от наружного диаметра пластины. Поджим такой тонкой кромкой по периферии пьезопластины слабо демпфирует ее; кроме того, вызывает одностороннее излучение в датчике, так как внутренняя сторона пьезопластины (центральная ее часть равна 2/3 диаметра) контактирует только с воздушным зазором.

Как выше уже отмечалось, для исключения наводок и увеличения чувствительности датчика согласующий усилитель конструктивно сделан в одном корпусе с приемником.

6 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

6.1 Анализ технологичности конструкции

Под технологичностью конструкции изделия понимают совокупность свойств конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовке производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при обеспечении установленных значений показателей качества и принятых условиях изготовления. эксплуатации и ремонта. К условиям изготовления или ремонта изделия относятся тип, специализация и организация производства, годовая программа и повторяемость выпуска, а также применяемые технологические процессы.

Стандарты «Единой системы технологической подготовки производства» (ЕСТПП) предусматривают обязательную отработку конструкций на технологичность на всех стадиях их создания. Отработка конструкции изделия на технологичность (ГОСТ14.201-73) направлена на повышение производительности труда, снижение затрат и сокращение времени на проектирование, технологическую подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и ремонт изделия при обеспечении необходимого качества изделия.

Базовые показатели технологичности блоков РЭА установлены стандартом отраслевой системы технологической подготовки производства ОСТ 4Г0.091.219-81 "Методы количественной оценки технологичности конструкции изделий РЭА". Согласно нему все блоки по технологичности делятся на 4 основные группы:

1) электронные РЭС. К ним относятся логические и аналоговые блоки оперативной памяти, блоки автоматизированных систем управления и электронно-вычислительной техники, где число ИМС больше или равно числу ЭРЭ;

2) к радиотехническим относятся приёмно-усилительные приборы и блоки, источники питания, генераторы сигналов, телевизионные блоки;

3) к электромеханическим устройствам относятся механизмы привода, отсчётные устройства, кодовые преобразователи;

4) к коммутационным устройствам относятся соединительные, распределительные блоки, коммутаторы.

В нашем случае устройство относится к радиотехническому блоку.

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

Анализ и отработка конструкции изделия на технологичность должны проводиться с учётом программы его выпуска и конкретных условий завода-изготовителя. Для оценки технологичности конструкции применяется система относительных частных показателей Ki и комплексный показатель K, рассчитываемый по средневзвешенной величине относительных частных показателей с учетом коэффициентов fi, характеризующих весовую значимость частных показателей, т.е. степень их влияния на трудоёмкость изготовления изделия.

Для каждого блока определяется 7 показателей технологичности. Затем на основании расчета всех показателей вычисляют комплексный показатель технологичности, согласно /24/:

K = , (6.1.1)

где Ki - рассчитываемые показатели;

fi - степень влияния.

Коэффициент технологичности должен находиться в пределах 0<K<1. Заданное устройство относится к классу радиотехнических блоков. Произведём расчёт показателей технологичности, свойственных этим блокам:

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

Км.м = Нм.м / Нм, (6.1.2)

где Нм.м - количество монтажных соединений, которые осуществляются механизированным или автоматизированным способом;

Нм - общее количество монтажных соединений.

Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

, (6.1.3)

где Нм.п.ИЭТ - количество ИЭТ в штуках, подготовка выводов которых осуществляется механизированным или автоматизированным способом;

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

Коэффициент освоенности деталей и сборочных единиц:

, (6.1.4)

где Дт.з. - количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее освоенных на предприятии;

Нп.ИЭТ - общее количество типоразмеров ДСЕ в РЭС.

Коэффициент применения микросхем и микросборок в устройстве:

(6.1.5)

где Нэ.мс - общее количество дискретных элементов, заменённых микросхемами (ИМС) и установленных на микросборках (МСБ);

Ниэт - общее число ИЭТ, не вошедших в ИМС.

Коэффициент повторяемости печатных плат:

, (6.1.6)

где Дтпп - количество типоразмеров печатных плат в РЭС;

Дпп - общее количество печатных плат в РЭС.

6)Коэффициент применения типовых технологических процессов:

, (6.1.7)

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.

7)Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:

, (6.1.8)

где На.р.к. - количество операций регулировки и контроля, выполняемых на полуавтоматических и автоматических стендах;

Нр.к. - общее количество операций регулировки и контроля.

Расчёт выполнен по типовой программе РПТ на ППЭВМ и приведён в приложении. Рассчитанный показатель технологичности (К=0.632) больше заданного (Кзад = 0.6). Следовательно, разработанное устройство технологично.

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 согласно ГОСТ2101-68 характеризуется отсутствием разъёмных и неразъёмных соединений.

Сборочная единица является более сложным сборочно-монтажным элементом, состоящим из двух или более деталей, соединённых разъёмным или неразъёмным соединением. Характерным признаком сборочной единицы является возможность ее сборки отдельно от других.

Проектирование технологических процессов осуществляется для изделий, конструкция которых отработана на технологичность, и включает в общем случае комплекс взаимосвязанных работ:

разработка технологической схемы общей сборки;

разработка технологических схем сборки блоков и сборочных единиц;

анализ типовых технологических процессов и определение последовательности и содержания технологических операций (маршрута сборки);

выбор технологического оборудования и оптимального варианта технологического процесса по себестоимости или производительности;

выбор или заказ средств технологического оснащения;

назначение и расчёт режимов сборки;

нормирование операций технологического процесса;

определение профессий и квалификации исполнителей;

выбор средств автоматизации и механизации операций технологического процесса и внутрицеховых средств транспортирования;

организация производственных участков, составление планировок;

оформление рабочей документации на технологические процессы.

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.

Различают две основных технологических схемы сборки - веерного типа и с базовой деталью. Первая из них показывает ступени сборки и из каких деталей они образуются. Достоинством такой схемы является её простота и наглядность, но она не отражает последовательности сборки.

Более наглядной и отражающей последовательности процесса сборки является схема с базовой деталью. В качестве базовой детали выбираются платы, панели, шасси или другие детали, с которых начинается сборка. Направление движения деталей и узлов на схемах показывается стрелками.

При построении технологической схемы сборки каждую деталь изображают прямоугольником, в котором необходимо указывать номер детали, её наименование, а также их количество, необходимое для сборки.

Допускается изображение крепёжных деталей кружочками, в которых указывается позиция по сборочному чертежу. Сборочные единицы изображаются в виде прямоугольников с указаниями ступени сборки и номера узла.

На технологических схемах сборки наносятся указания по выполнению сборочных операций. Технологические указания необходимо помещать в прямоугольник, ограниченный штриховой линией, а место его выполнения указывается наклонной стрелкой /22/.

Технологическая схема сборки устройства для оценки паяемости функциональных покрытий элементов РЭС приведена в приложении. Базовой деталью является плата.

6.2 Анализ вариантов маршрутной технологии, выбор технологического оборудования и проектирование технологического процесса

Проектирование технологического процесса (ТП) начинается с составления маршрутной технологии сборки на основе анализа технологической схемы сборки. Разработка маршрутной технологии включает в себя определение групп оборудования по операциям, а также технико-экономических данных по каждой операции.

При разработке маршрутной технологии необходимо руководствоваться следующим:

1) предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;

2) необходимо стремиться применять наиболее совершенные формы организации производства;

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

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

Разработка маршрутной технологии проводится в соответствии с «Общими правилами разработки технологических процессов и выбора средств технологического оснащения» (ГОСТ 14.301-73 ЕСТПП).

7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Настоящая глава посвящена расчёту экономического эффекта от внедрения устройства - измерителя кавитационного давления. Такой прибор предназначен для определения момента кавитации в жидкостях и припоях и измерения величины кавитационного давления.

Известно, что конструкция должна отвечать не только техническим и технологическим параметрам, но и быть экономически выгодной, прибыльной для производства. Чтобы удостовериться в этом на этапе конструкторской разработки проводят приблизительный расчет экономической эффективности производства прибора.

Расчёт экономического эффекта произведён по методике, изложенной в [1]. Экономический эффект мероприятия НТП определяется по условиям изготовления продукции за расчётный период. Экономический эффект рассчитывается по формуле:

(7.1)

где Рт - стоимостная оценка результата от мероприятия НТП, руб;

Зт - стоимостная оценка затрат на реализацию мероприятия НТП, руб;

Т - расчётный период (лет).

Расчетный период - это время, в течении которого капиталовложения оказывают воздействие на производственный процесс. Примем расчетный период равный четырем годам.

Приведение к расчетному году tр осуществляется путем умножения разновременных затрат и результатов за каждый год на коэффициент приведения, равный

?_t = ( 1+Eн ), (7.2)

где Ен - норматив приведения разновременных затрат и результатов;

t_p - расчетный год;

t - год, затраты и результаты которого приводятся к расчетному году, Ен = 0.25.

За расчетный год принимается год финансирования работ по осуществлению мероприятия.

Абсолютную величину прибыли Pt, оставшуюся в распоряжении предприятия в году t определяется по формуле

Pt = ( Цt-Ht-Ot)*Nt*( 1- Hn / 100%), (7.3)

где Цt - прогнозируемая цена изделия в году t, руб.;

Ht - себестоимость единицы изделия в году t, руб.;

Ot - косвенные налоги, включаемые в цену изделия в году t, руб.;

Nt - объем выпуска в году t, шт.;

Hn - кредит налога на прибыль в году t,%.

7.1 Расчет себестоимости и отпускной цены единицы продукции

Расчет себестоимости и отпускной цены единицы продукции производится для определения реальной цены продукции и анализа возможности реализации по данной оптовой цене. Если цена изделия будет неприемлемо велика, то на него будет отсутствовать должный спрос и, следовательно, его производство может оказаться нерентабельным.

Сначала нужно рассчитать затраты на материалы (таблица 7.1.1), на покупку полуфабрикатов и комплектующих (таблица 7.1.2) и оплату труда рабочих (таблица 7.1.3).

Таблица 7.1.1

Расчет затрат на материалы

Наименование материала	Кол-во	Цена, руб.	Сумма, руб.
1	2	3	4
Сталь	0.5	60000	30000
Стеклотекстолит	0.06	30000	18000
Припой ПОС 61	0.05	450000	22500
Флюс ФКТ	0.02	150000	3000
Провод монтажный	0.2	100000	20000
Транспортно-заготовительные расходы	2000
Итого	95500

Транспортно-заготовительные расходы составляют 5% от всей затраченной суммы.

Таблица 7.1.2

Расчет затрат на покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия

Наименование	Кол-во шт.	Цена, руб.	Сумма, руб.
1	2	3	4
Ручка	1	2500	2500
Ножка	4	4000	16000
Датчик	1	40000	40000
Ручка	1	1500	1500
Кабель	2	10000	20000
Винт	56	200	11200
Гайка	28	300	8400
Миллиамперметр	1	25000	25000
Ручка	1	1000	1000
Шайба	28	100	2800
Клемма	1	6000	6000
Лампа	1	3000	3000
Переключатель	1	8000	8000
Резистор СПО	1	3000	3000
Тумблер	2	7000	14000
Фонарь	1	7000	7000
Вставка	1	2000	2000
Держатель вставки	1	8000	8000
Разъем	2	4000	8000
Трансформатор	1	15000	15000
Заклепка	8	50	400
Розетка	2	3000	6000
Вилка	2	3500	7000
Микросхема	7	4000	28000
Конденсатор КМ-5а	30	2000	60000
Конденсатор К-50	4	2500	10000
Конденсатор К-53	2	3000	6000
Резистор СП5-2	7	1000	7000
Резистор С2-23	43	500	22500
Диод	8	1200	9600

Затраты на оплату труда основных производственных рабочих находятся по формуле:

Зо = Кпр * , (7.1.4)

где Кпр - коэффициент премирования;

n - количество видов работ;

Tci - часовые тарифные ставки для соответствующего разряда;

Ti - норма времени по данному виду работ.

Расчёт основной заработной платы производственных рабочих приведён в таблице 7.1.3, а методика расчета себестоимости и отпускной цены единицы продукции - в таблице 7.1.4.

Таблица 7.1.3

Расчет основной заработной платы рабочих

Наименование операции	Разряд работ	Норма времени, час	Часовая тарифная ставка, руб.	Сумма, руб.
Заготовительная	2	1.0	3500	3500
Монтажная	3	2.0	4000	8000
Сборочная	3	2.0	4000	8000
Регулировочная	5	0.5	5000	2500
Контрольная	4	0.3	4500	1500
Итого с учетом премии 20%	28200

Таблица 7.1.4

Методика и результаты расчета себестоимости и отпускной цены единицы продукции

Статьи затрат	Обозначение	Методика расчёта	Сумма, т.руб.
1	2	3	4
1. Основные и вспомогательные материалы	М	Таблица 10.1.	95.5
2. Комплектующие изделия и полуфабрикаты	Мк	Таблица 10.2.	375.8
3. Основная зарплата производственных рабочих	Рзо	Таблица 10.3.	28.2
4. Дополнительная зарплата (Нд = 20%)	Рдз		5.64
5. Зарплата прочих категорий (Кпз = 1.8)	Рпк	Рпк = (Рзо + Рдз) * Кпз	60.912
6. Отчисления в фонд социальной защиты (Нос = 36%)	Рсц		34.11
7. Возмещение износа спец. инструмента: (Низ = 15%)	Рдз		4.23
8. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования (Нсэ = 100%)	Рсэ		28.2
9. Цеховые расходы: (Нц = 100%)	Рц		28.2
Итоговая цеховая себестоимость	Сц	Сц=М+Мк+Рзо+Рдз+Рпк+Рсц+Рсэ+Рц	660.75
10.Общезаводские расходы: (Нз = 150%)	Роб		42.3
11.Отчисления в бюджет и внебюджетные фонды (Нбв=9%)	Рбв		6.115
12.Прочие производственные расходы (Нпр = 1%)	Рпр		7.09
Производственная себестоимость	Спр	Спр = Сц + Рпр +Роб+Рбв	716.26
13. Внепроизводственные расходы (Нвн = 2%)	Рвн		14.325
14. Нормативная прибыль на единицу продукции Ури = 30%	П		286.5
Полная себестоимость	Сп	Сп = Спр + Рвн	730.58
15. Добавленная стоимость (На = 10%) Амортизационные отчисления	ДС Ао	ДС = Рзо + Рдз + Рпк + Рсц + Ао + П Ао = Рзо * На/100%	418.19 2.82
16. Налог на добавленную стоимость (Ндс = 20%)	Рдс		83.635
18. Отчисления в спецфонды (Нспц = 1,25%)	Рспц		13.76
19. Свободная отпускная цена	Ц	Ц = Сп + П + Рдс + Рспц	1115

7.2 Расчёт единовременных затрат

К единовременным затратам в сфере производства относятся: предпроизводственные затраты (Кппз.) и капитальные вложения в производственные фонды завода изготовителя (Кп.ф.):

(7.2.1)

Предпроизводственные затраты определяются по формуле:

(7.2.2)

где Sниокр - сметная стои?ость НИОКР, руб.;

Косв - затраты на освоение производства и доработку опытных образцов, изготовление моделей и макетов, руб.

Затраты на материалы и комплектующие при проведении НИОКР примем равными:

Рм = 1.2 ( М + Мк ) (7.2.3)

где М и Мк - стоимость материалов и комплектующих соответственно.

Расчёт основной заработной платы производственного персонала, занятого по теме НИОКР, приведён в таблице 7.2.1.

Таблица 7.2.1

Основная заработная плата производственного персонала

Исполнители	Количество месяцев работы	Месячный оклад, т.руб.	Сумма заработной платы, т.руб
Руководитель проекта	2	2500	5000
Научный сотрудник	4	1600	6400



Техник	2	1200	2400
Итого с учетом премии 20%	17250

Таблица 7.2.2

Сводная калькуляция по теме НИОКР выглядит следующим образом:

Наименование статьи	Обозначение	Методика расчета	Сумма, т.руб.
1	2	3	4
1. Расходы на материалы и комплектующие	Рм	Рм=(М+Мк)*1.2	565.56
2. Основная зарплата	Рзо	Таблица10.3	17250
3. Дополнительная зарплата, Нд=20%	Рдз	Рдз=Рзо*Нд/100%	3450
4. Зарплата прочих категорий работающих, Кпк = 1	Рпк	Рпк=(Рзо+Рдз)*Кпк	17250
5.Отчисления в фонд социальной защиты, Нсц=36%	Рсц	Рсц=(Рзо+Рдз+Рпк)*	13662
6. Расходы на научные командировки, Нком = 5%	Рком	Рком=Рзо*Нком/100%	862.5
7. Прочие расходы: Нпр = 8%	Рпр	Рпр=(Рзо+Рдз+Рпк+Рм+ +Рсц+Рком)*	4243.05
8. Накладные расходы, Нкос=150%	Ркос	Ркос=Рзо*Нкос/100%	25875
9. Полная себестоимость	Сп	Сп=Рзо+Рдз+Рпк+Рм+Рсц+ +Рком+Рпр+Ркос	83158.1
10.Отчисления на поддержку с/х производителей, Нс/х=1%	Рс/х	Рс/х=	831.58
11. Отпускная цена	Цотп	Цотп=Сп+Рс/х	83989.68

Затраты на освоение производства примем равным:

Косв = 0,1 * Цотп (7.2.4)

Получим Косв = 8398.968 т. руб.. Тогда предпроизводственные затраты по формуле (10.6) равны Кппз = 92388.65 т. руб.

На основании расчётов, приведённых ранее, определяется целесообразность внедрения инженерного проекта. Расчёт экономического эффекта приведён в таблице 10.8.

Чистая прибыль с учётом 30% налогооблажения определяется по формуле(7.1.3).

т.руб.

Таблица 7.2.3

Расчёт экономического эффекта

Показатели	Единицы измерения	Расчётный период
		1998	1999	2000	2001
1. Прогнозируемый объём	шт.	10000	10000	10000	10000
2. Прогнозируемая цена	т.руб.	1115	1115	1115	111
3. Себестоимость единицы продукции	т.руб.	731	731	731	731
4. Чистая прибыль	млн.руб.	2006.2	2006.2	2006.2	2006.2
5. То же с учётом фактора времени	млн.руб.	2006.2	1604.96	1338.14	1027.18
Затраты:
6.Предпроизводственные затраты	млн.руб.	92.3886	----	----	----
7. Затраты на рекламу	млн.руб	60	60	60	60
8. Всего затрат	млн.руб.	152.3886	60	60	60
9. То же с учётом фактора времени	млн.руб.	152.3886	48	40.02	30.72
Экономический эффект:
10.Превышение результата над затратами	млн.руб.	1853.86	1556.96	1297.94	996.46
11. То же нарастаю-щим итогом	млн.руб.	1853.86	3410.82	4708.76	5705.22
12.Коэффициент приведения		1.00	0.8	0.667	0.512

Исходя из таких результатов можно сказать, что изделие может быть вполне рентабельным и при стабильном выпуске и должной реализации даст достаточно ощутимый экономический эффект.

8. ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. БЕЗОПАСНОСТЬ ЭЛЕКТРОМОНТАЖНЫХ РАБОТ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРИБОРА

Измеритель кавитационного давления является прибором, который можно производить на любом предприятии радиоэлектронной промышленности на уже имеющемся оборудовании; он содержит в своем составе регламентированную элементную базу и элементы ТЭЗ, что предполагает использование типового технологического оборудования. Монтаж производится на следующем оборудовании: сначала детали формуются на формовочном станке; далее на другом станке производится набивка и обрезка выводов деталей, после чего заготовка поступает на линию пайки волной припоя. Все описанное оборудование автоматизировано. После пайки платы поступают на ручную доработку на стол электромонтажника посредством перевоза (переноса) на транспортных роботах или автокарах. Монтажник оборудован паяльником, отверткой и пинцетом. У него также имеется припой, канифоль и спирт.

При сборке измерителя имеют место следующие опасные и вредные факторы:

1) электрическое поражение в слу?ае повреждения (пробоя) изоляции токоведущих частей;

2) недостаток освещения;

3) монотонность труда;

4) вредные вещества, выделяемые при проведении технологических процессов.

Фактор, связанный с возможным поражением электрическим током при повреждении изоляции токоведущих частей, определяется тем , что на рабочем месте технологическое оборудование имеет места подсоединения напряжения более 36В.

Выбор освещения - один из важнейших факторов. При хорошем освещении устраняется напряжение глаз, облегчается различие деталей, растет производительность труда. Освещение в помещении должно быть смешанным (естественным и искусственным). Естественное освещение должно осуществляться в виде бокового. Величина коэффициента естественной освещенности (КЕО), уровня искусственной освещенности на рабочих местах должны соответствовать СНиП II-4-79.

В качестве источников общего освещения должны использоваться лампы типа ЛБ и ЛДР с индексом цветопередачи не менее 70. В качестве светильников - установки с преимущественно отраженным или рассеянным светом (ПВ003-2х40-002,УСП-35-2х40). Для системы общего освещения величина освещенности люминесцентными лампами должна быть не менее 300лк.

Монотонность труда приводит к быстрой утомляемости рабочих, падает производительность труда. Радиомонтажные работы относятся к категории работ средней тяжести (класс Iiа). Это работы, связанные с постоянной ходьбой, перемещением мелких предметов или предметов в положении сидя или стоя, и требующие определенного физического напряжения. По этой категории работ в соответствии с ГОСТ 12.1.005-76 энергозатраты должны находиться в пределах 172-293Дж/с.

Перечень работ, производимых электромонтажником при монтаже данного устройства потенциально вредных для его здоровья, выглядит следующим образом:

удаление консервационного защитного покрытия с поверхности платы спиртобензиновой смесью 1:1, площадь плат 576см²;

маркировка порядковых номеров на плате краской МКЭЧ;

лужение концов проводов припоем ПОС 61 с применением флюса ФКТ;

удаление остатков флюса спиртобензиновой смесью 1:1, площадь плат 576см²;

использование в работе химически ядовитых и активных веществ, а именно, этилового спирта, бензина, краски, паров припоя, флюса и лака.

В процессе работы в воздухе рабочей зоны накапливаются многие вредные вещества, прежде всего аэрозоли свинца. При ручной пайке (потребляемая мощность 20…60Вт) выделяется 0.02…0.04мг аэрозоля свинца на сто точек пайки. Предельно допустимая концентрация (ПДК) паров свинца 0.01мг/м³. Пары свинца воздействуют на дыхательную систему, желудочно-кишечный тракт. Класс опасности I.

Пары канифоли. Их ПДК 4мг/м³. Класс опасности III. Вызывает алергенное и раздражительное действие.

Оксид углерода. Их ПДК составляет 20мг/м³. Класс опасности IV. Раздражает дыхательную систему, вытесняет кислород из оксигемоглобина, оказывает токсическое воздействие на клетки, нарушает тканевое дыхание.

Этиловый спирт. Его ПДК составляет 1000мг/м³. Класс опасности IV. Оказывает раздражительное действие на кожу и дыхательную систему, является наркотическим веществом.

Кроме вышеперечисленных вредных веществ при пайке наблюдаются выделения паров побочных продуктов горения поверхностей, соприкасаемых с нагретым жалом паяльника, а именно, фтора, перфторизобутилена, окиси углерода от отжига фторопластовой изоляции; толуола, ацетона и других растворителей при обезжиривании и маркировке.

Спиртобензиновая смесь пожаровзрывоопасна. На рабочем месте с недостаточной аэронизацией воздуха, повышенным тепловым излучением, которое будет накапливаться от нагретых паяльника и лудилки, при наличии накапливания статического электричества могут возникнуть произвольное самовозгорание и взрыв паров.

Все вышеперечисленные факторы влияют на здоровье человека; потому стоит уделять большое внимание электробезопасности труда и вентиляции рабочей зоны.

Для этого нужно произвести правильное проектирование рабочего места. Проектирование проводится с учетом ''Рекомендаций и общих правил техники безопасности и производственной санитарии для предприятий и организаций радиопромышленности, промышленности связи и электронной промышленности''.

Согласно этим правилам разработаны мероприятия, исключающие или ограничивающие воздействие вредных факторов.

Для защиты рабочих от поражения электрическим током на рабочих местах предусмотрен электрощиток с утопленными штепсельными гнездами для подключения электроприборов, паяльника и измерительной аппаратуры. Щиток смонтирован в удобном и безопасном для работы месте, имеет общий рубильник, автоматические выключатели, сигнальные лампы и шину защитного заземления. Над гнездами в удобочитаемом виде указаны надписи, соответствующие включенному и отключенному положению. Напряжение монтажного инструмента не должно превышать 42В. для питания переносных светильников применяется напряжение не выше 36В. Штепсельные соединения, применяемые на питание 42В по своей конструкции и окраске должны отличаться от штепсельных соединений на напряжение 220В. в качестве источника пониженного напряжения должен использоваться переносной трансформатор. Все помещения и их оборудование должны отвечать требованиям действующих ІПравил устройства электроустановокІ.

Должны быть отведены площади на рабочих местах для размещения материалов и деталей, а также инструментальные шкафы. Поверхность стола должна быть гладкой, без выбоин и заусенцев.

В помещении, где производятся радиомонтажные работы, рабочие места должны быть ориентированы в пространстве таким образом, чттообы максимально использовать естественное освещение и чтобы свет падал по возможности спереди слева.

С целью снижения неблагоприятного воздействия монотонности труда регламентируются перерывы, составляющие 10 минут после каждого часа работы.

Для обеспечения безопасности работ со многими вредными веществами и парами нужно кроме общей вентиляции помещения подвести к столу радиомонтажника локальную вентиляцию. Это нужно сделать с целью ограничения поступления загрязняющих веществ в воздух рабочей зоны. Это возможно посредством местной вытяжной вентиляции. Например, отсоса открытого типа (см. рис.8.1).

Местный отсос устанавливается для улавливания и удаления вредностей непосредственно с мест их образования. Например, с рабочих мест, где производится пайка различных изделий, промывка в бензине, лакокрасочные покрытия и т.п.

Принцип такого отсоса заключается в следующем: во всасывающем отверстии создаются такие скорости движения воздуха, которые способствуют отклонению местных выделений в сторону отсоса. Таким образом, обеспечивается удаление (75-80)% вредных веществ.

Для удаления вредных выделений отсосы должны создавать поток, направленный от рабочего места и имеющий скорость на 0.2 м/с больше подвижности воздуха в помещении.

Рассчитаем размеры для вытяжного отверстия на расстоянии х=0.08м от центра отверстия при соотношении сторон a/b=1. Скорость потока v_n=0.5м/с, необходимая скорость потока воздуха во всасывающем отверстии v_в=4 м/с.

Найдем требуемую скорость воздуха v_х:

v_х = v_n +0.2, (8.1)

v_х = 0.5+0.2=0.7м/с

Находим безразмерный коэффициент k

k = v_в /v_х (8.2)

k = 4/0.7=5.7

Находим соотношение х/а при a/b=1 и при k=5.7 по номограмме: х/а=0.52.

Определяем размеры отверстия:

b=a=0.08/0.52=0.15 м

Количество воздуха, которое можно удалить отсосом определим по формуле:

Lмо = 3600*v₀*a*b, (8.3)

где Lмо - часовой объем удаляемого воздуха;

a,b - стороны отверстия, м;

v₀ - скорость воздуха в отверстии.

Lмо = 3600*4*0.15*0.15 = 324м³/ч

Как видно такой отсос вполне удовлетворяет по рабочим параметрам и достаточно прост по конструкции, поэтому он приемлем для установки к столу электромонтажника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

блок радиатор плата датчик

В данном дипломном проекте разработан измеритель кавитационного давления в жидкостях и расплавах. Проведен литературный обзор по теме, произведен расчёт конструктивного исполнения прибора, компоновочных характеристик, показателей надёжности и восстанавливаемости, теплового режима работы устройства и параметров радиатора, технологичности конструкции платы прибора, печатную плату прибора.

Данный измеритель кавитационного давления обладает следующими техническими характеристиками: