Проводимые обследования показали, что фактически нет такого рабочего места за дисплеем, которое соответствовало бы санитарно-гигиеническим и эргономическим требованиям.

Необходимость постоянно следить за информацией на дисплее требует от оператора напряжения воли для обеспечения необходимого уровня внимания.

По данным психологических наблюдений человек способен поддерживать активно внимание на протяжении 15 - 25 минут, затем наступает фаза пассивности (отдыха) и возобновление нового периода активного внимания. Работа с дисплеями характеризуется монотонностью (однообразием), что способствует быстрому развитию переутомления.

Многообразие причин аварийности систем и травматизма в производственных условиях позволяет говорить, что наиболее подходящими для оценки опасностей являются модели, представляющие собой процесс появления и развития цепи соответствующих предпосылок в виде диаграмм. Под диаграммами влияния причинно-следственных связей понимают некоторое представление моделируемых процессов с помощью графических символов. Основными достоинствами выявления и оценки опасностей при помощи диаграмм влияния служат высокая информативность представления и описания исследуемых факторов, хорошая наглядность и удобство интерпретации и обработки результатов посредством использования ЭВМ.



Рисунок 5.1 - Дерево причин отказа работы интерфейсной платы

Широкое распространение получила диаграмма ветвящейся структуры, называемая “дерево причин (отказов, опасностей, событий)”. Построение “деревьев” является эффективной процедурой выявления причин различных, нежелательных событий (аварий, травм, пожаров и т.д.), что и необходимо для проведения системного анализа, дерево причин для данной системы приведено на рисунке 8.1.

5.1 Меры, повышающие надежность работы интерфейсной платы

Рассматривая “дерево отказов” выявим мероприятия, позволяющие предупредить возможные отказы системы:

- использование стабилизированного источника питания позволит предупредить выход из строя элементов;

- нельзя превышать максимально допустимые электрические параметры микросхем с целью предотвращения их выхода из строя;

- проверять правильное подключение радиомодема;

- подключать интерфейсную плату должен только специалист;

- обеспечивать стабильную работу операционной системы;

- проведение инструктажа персонала.

5.2 Меры защиты от вредных и опасных факторов при изготовлении и эксплуатации устройства

Существуют меры защиты от вредного воздействия производственных факторов при работе с ВДТ.

Конструкция ВДТ, его дизайн и совокупность эргономических параметров должны обеспечивать надежное и комфортное считывание отображаемой информации в условиях эксплуатации. Конструкция ВДТ должна обеспечивать возможность фронтального наблюдения экрана путем поворота корпуса в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси в пределах ± 30° и в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси в пределах ± 30° с фиксацией в заданном положении. Дизайн ВДТ должен предусматривать окраску корпуса в спокойные мягкие тона с диффузным рассеянием света. Корпус ВДТ, должен иметь матовую поверхность с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.

Конструкция ВДТ должна предусматривать наличие ручек регулирования яркости и контраста. Для обеспечения надежного считывания информации при соответствующей степени комфортности ее восприятия должны быть определены оптимальные и допустимые диапазоны визуальных и эргономических параметров таблице 5.1.

Измерения рентгеновского излучения перед экраном цветного дисплея показали, что на расстоянии 5 см. от экрана мощность дозы составляет 100 мкГр/час.А на расстоянии 250 см. от экрана - 0,0025 мкГр/час. Мощность дозы рентгеновского излучения отечественных телевизионных приёмников у поверхности экрана и корпуса не превышает предельно допустимой нормы (100 мкР/час.), что регламентируется ГОСТ 29.05.006-85.

Конструкция ВДТ должна обеспечивать величину эквивалентной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м. От экрана и корпуса ВДТ не более 0,1 мбэр/час. (100 мкР/час.).

Особое внимание следует обратить на статическое электричество. Измерения показали, что напряженность электростатического поля в рабочей зоне как отечественных, так и импортных дисплеев достигает 85 -62 кВ/м. при норме 20 кВ/м. в течение одного часа (ГОСТ 12.1.045-84).

Для предотвращения образования и защиты от статического электричества в помещении используются нейтрализаторы и увлажнители, полы имеют антистатическое покрытие.

Конструкция клавиатуры должна предусматривать: исполнение в виде отдельного устройства с возможностью свободного перемещения; опорное приспособление позволяющее менять угол наклона клавиатуры в пределах от 5 до 150; высоту среднего ряда клавиш не более 30 мм; расположение часто используемых клавиш в центре, внизу и справа, редко используемых - вверху и слева; выделение цветом, формой, размером и местом расположения функциональных групп клавиш; минимальный размер клавиш - 13 мм, оптимальный 15 мм; клавиши с углублением в центре и шагом 19±1 мм; расстояние между клавишами не менее 3 мм; оптимальный ход для всех клавиш с минимальным сопротивлением нажатию 0,25Н и максимальный не более 1,5Н.

Параметры работы с ВДТ

Таблица 5.1 - Оптимальные и допустимые диапазоны визуальных и эргономических параметров

Наименование параметра	Пределы значений параметров
	минимальное	Максимальное
Яркость экрана, кд/м2(измерения в темноте)	35	120
Внешняя освещенность экрана	100	250
Угловой размер знака, угл.мин.	16	60

Приведем требования к помещениям для эксплуатации дисплеев и ПЭВМ.

Естественное освещение должно осуществляться через светопроемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток, обеспечивать КЕО не ниже 1,2 % в зонах с устойчивым снежным покровом и не ниже 1,5 % на остальной территории. Расположение рабочих мест с ВДТ и ПЭВМ в подвальных помещениях не допускается.

Площадь на одно рабочее место с ВДТ и ПЭВМ должна составлять не менее 6 м2, а объем не менее 20 м3. Производственные помещения, в которых для работы используются

ВДТ и ПЭВМ, не должны граничить с помещениями, в которых уровни шума и вибраций превышают нормированные значения. Помещения должны оборудоваться системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией.

Для внутренней отделки интерьера помещений с ВДТ и ПЭВМ должны использоваться диффузионно-отражающие материалы с коэффициентом отражения для потолка - 0,7 - 0,8; для стен - 0,5 - 0,6; для пола - 0,3 - 0,5.

Поверхность стола должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для очистки влажной уборкой, обладать антистатическими свойствами.

Организация рабочих мест операторов ПК следует осуществлять на основе современных эргономических требований. Конструкция рабочей мебели (столы, кресла или стулья) должна обеспечивать возможность индивидуальной регулировки соответственно росту оператора и создавать удобную позу. Часто используемые предметы труда и органы управления должны находиться в оптимальной рабочей зоне.

Модульными размерами рабочей поверхности стола для ВДТ и ПЭВМ, на основании которых должны рассчитываться конструктивные размеры, следует считать: ширину 800, 1000, 1200 и 1400 мм глубину 800 и 1000 мм при нерегулируемой высоте, равной 725 мм. Под столешницей стола должно быть свободное пространство для ног с размерами по высоте не менее 600 мм, шириной не менее 500 мм, глубиной на уровне колен не менее 500 мм, и на уровне вытянутых ног не менее 700 мм.

Конструкция рабочего стула должна обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы, позволять изменять позу с целью снижения статического напряжения; мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития переутомления

Экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя на оптимальном расстоянии 600 - 700 мм, но не ближе 500 мм.

Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100 - 300 мм от края, обращенного к пользователю или на специальной, регулируемой по высоте рабочей поверхности, отделенной от основной столешницы.

Режимы труда и отдыха при работе с ПЭВМ и ВДТ должны организовываться в зависимости от вида и категории трудовой деятельности.

Виды трудовой деятельности разделяются на 3 группы: группа А - работа по считыванию информации с экрана ВДТ или ПЭВМ с предварительным запросом: группа Б - работа по вводу информации; группа В - творческая работа в режиме диалога с ЭВМ.

Для видов трудовой деятельности устанавливается 3 категории тяжести и напряженности работы с ВДТ и ПЭВМ, которые определяются: для группы В - по суммарному времени непосредственной работы с ВДТ и ПЭВМ за рабочую смену, но не более 6 часов за смену.

Продолжительность непрерывной работы с ВДТ без регламентированного перерыва не должна превышать 2 часов. При 8-ми часовой рабочей смене и работе на ВДТ и ПЭВМ регламентированные перерывы следует устанавливать: для В категории работ через 1,5-2,0 часа от начала рабочей смены и через 1.5-2 часа после обеденного перерыва продолжительностью 20 минут каждый или продолжительностью 15 минут через каждый час работы.

При 12-ти часовой рабочей смене регламентированные перерывы должны устанавливаться в первые 8 часов работы аналогично перерывам при 8-ми часовой рабочей смене, а в течение последних 4часов работы, независимо от категории и вида работ, каждый час продолжительностью 15 минут.

Мерами безопасности при изготовлении печатной платы: работа должна выполняться в установленной спецодежде и резиновых перчатках.

При сборке основным процессом является монтаж печатной платы. Во избежание поражения электрическим током от паяльника, нужно использовать заземление, либо паяльник с напряжением питания менее 36 В. Для предотвращения попадания расплавленного припоя на руки необходимо соблюдать бдительность и внимательность не отвлекаться от процесса и аккуратно выполнять пайку.

Для сверления отверстий в заготовке платы обычно используется автоматический станок который сверлит отверстия без помощи оператора, он лишь контролирует процесс сверления. Сверлильный станок должен быть снабжен защитными экранами и кожухами, предотвращающие раз летание стружки в разные стороны. Защитные экраны и кожухи должны быть закрыты, во время сверления и блокировать работу станка при снятии защитного экрана.

5.3 Пожарная безопасность при эксплуатации ЭВМ

Основной причиной возникновения пожаров в помещениях является неисправность электросети и электроприборов, воспламенение веществ, находящихся возле нагревательных приборов. Согласно СниП 2.09.02-85, помещение лаборатории относится к категории В - пожароопасная, так как в помещении находятся сгораемые вещества, спирт, бумага, мебель, лаки. В основном, причинами возгораний электроприборов являются перегрузки проводов, короткие замыкания, искрение. При пожаре эвакуация осуществляется через входную дверь. Для предупреждения пожара производятся следующие мероприятия: обучение работающих пожарной безопасности; проведение инструктажа; соблюдение противопожарных правил и норм для устройств отопления, вентиляции, используемого оборудования. Помещения, в которых работает оператор необходимо оснастить соответствующими противопожарными средствами. К наиболее распространенным средствам пожаротушения можно отнести огнетушитель, применяемый для тушения пожара электроустановок и радиоаппаратуры. Сюда можно отнести огнетушители типа: ОУБ-3, ОУБ-7 (углекислотно-бромэтиловый огнетушитель) применяют для тушения горящих твердых и жидких материалов, а также электрооборудования и радиоэлектронной аппаратуры; ОУ-2А, ОУ-5, ОУ-8 (углекислотный огнетушитель, цифра показывает вместимость баллона в л.) - для тушения электроустановок, находящихся под напряжением; ОПС-6, ОПС-10 и ОПС-100 (порошковые огнетушители) - для тушения небольших очагов загорания щелочных, щелочноземельных металлов, кремнийорганических соединений. Использование других огнетушителей строго запрещено.

Огнетушители подвергаются периодической проверке и перезарядке. Производятся плановые проверки пожарных кранов расположенных рядом с лабораторией. При возникновении пожара необходимо немедленно выключить электропитание лаборатории главным рубильником и воспользоваться огнетушителем или пожарным краном. Также лаборатория должна быть оснащена средствами связи для быстрого вызова городской пожарной части в случае возникновения пожара: телефон, пожарная сигнализация.

В персональном компьютере пожарную опасность создают элементы электронной схемы и соединительные провода. Особую опасность представляют блоки ПК, в которых находятся высокие уровни напряжения и тока. Действующие радиотехнические детали разогреваются электрическим током нагревающие воздух и соседние детали, поэтому необходимо проводить принудительное охлаждение путем циркуляции воздуха, а также увеличить площадь теплового рассеяния сильно нагреваемых деталей.

Пожароопасные изоляционные материалы: лаки, краски, пластмассы, эмали. Изоляционные материалы не теплостойки: при повышении температуры возможно плавление этих материалов и выделение горючих веществ. Предпочтительно применение несгораемых веществ.

Правильный выбор проводов (выбор сечения токоведущих жил, марки провода, вида изоляции), профилактические осмотры, ремонт и испытания позволяют предупредить возникновение короткого замыкания. Для защиты сетей от перегрузок необходимо применять плавкие предохранители, тепловые электромагнитные реле.

Одной из основных мер предотвращения пожара в электроустановках является правильный выбор аппаратуры защиты. Наиболее часто при токовых перегрузках в электросетях применяются плавкие предохранители и воздушные автоматические переключатели. В предохранителях находятся плавкие вставки, которые при значениях тока в цепи предельно допустимого расплавляются и отключают потребителя от источника электроснабжения. Калиброванные плавкие предохранители выпускаются промышленностью. Применение самодельных предохранителей категорически запрещается. Автоматические выключатели размыкают электрическую цепь в случае короткого замыкания или перегрузки сети с помощью электромагнитных, тепловых или комбинированных расщепителей. Поскольку плавкие предохранители и автоматические выключатели могут быть источниками искрообразования, их следует помещать в закрываемые шкафы из несгораемых материалов.

Для предупреждения пожара необходимо проводить организационные, эксплуатационные и технические мероприятия: обучение работающего персонала правилам техники безопасности, проведение инструктажа, периодическая проверка состояния электропроводки, недопущение перегрева аппаратуры, запрещение курения в не установленных местах; оставление без присмотра работающих электроприборов, особенно паяльника, и т. д. При соблюдении этих требований вероятность возникновения пожара значительно снижается.

5.4 Защита окружающей среды

В настоящее время вопросы окружающей среды являются одними из наиболее важны. Основным направлением по защите окружающей среды стала разработка малоотходных технологий и технологий по переработке и утилизации отходов, поэтому большие требования предъявляются к экологичности конструкций устройств, к снижению их вредных воздействий на окружающую среду. При этом ущерб среде обитания считается недопустимым, если он может существенно ухудшить существование людей данного или последующих поколений.

Задачи охраны окружающей среды должны решаться применительно к конкретным ситуациям и техническим средствам современного производства. Данный проект разработан с учетом вышеприведенного положения.

При изготовлении интерфейсной платы есть вероятность попадания в атмосферу паров свинца и пыли. Свинец, при испарении припоя, попадает в воздух, пыль образуется при обработке элементов, сверлении плат и т. д. С целью очистки воздушного пространства от пыли и паров свинца в соответствии с ГОСТ 17.2.3.02-78 - защита атмосферы - целесообразно применять сухие пылеулавливатели и использовать систему вытяжной вентиляции. В частности, для очистки относительно небольших газовых потоков, с мелкозернистой пылью, используют тканевые фильтры, выполненные в виде рукавов или мешков, внутрь которых подается очищаемый газ, который затем рассеивается в атмосфере. Устройство локализации вредных паров представляет собой вытяжную вентиляцию. Во всех системах очистки атмосферы используют аппараты очистки вентиляционных выбросов.

При использовании устройства предполагается использовать малоотходные технологии, а при утилизации переработка отходов, что не будет наносить вреда ни почве в соответствии с ГОСТ 17.4.3.06-86 , ни гидросфере - ГОСТ 17.1.3.13 - 86. При утилизации для защиты почв, лесных угодий, поверхностных и грунтовых вод от твердых отходов в настоящее время широко используется сбор и складирование отходов на свалках и полигонах. Но если для данной электронной аппаратуры разработаны методы извлечения металлов и других веществ, то она не подлежит приему на полигон. Приему на полигоны подлежат: мышьякосодержащие неорганические твердые отходы и шламы; отходы, содержащие свинец, цинк, олово, кадмий, никель, сурьму, кобальт и их соединения; отходы гальванического производства; использованные органические растворители; органические горючие (обтирочные материалы, ветошь, твердые смолы, обрезки пластмасс, оргстекла, остатки лакокрасочных материалов и т. п. Приему на полигон не подлежат: отходы, для которых разработаны эффективные методы извлечения металлов и других веществ; нефтепродукты, подлежащие регенерации; радиоактивные отходы. Наиболее эффективным методом решения проблемы защиты литосферы от промышленных отходов, является применение безотходных и малоотходных технологий и производств.

Разрабатываемое устройство выполнено на современной элементной базе, что обеспечивает модему надежность в работе и длительный срок службы. В конструкции нет блоков вредно влияющих на окружающую среду. Возникающие при работе электромагнитные поля незначительны и не несут пагубного действия.

Защита окружающей среды - это комплексная проблема, требующая усилий специалистов многих направлений науки. Наиболее активной формой защиты является полный переход к безотходным и малоотходным технологиям и производствам.

5.5 Выводы по разделу

Разрабатываемое устройство не оказывает значительных физических, биологических или психофизиологических воздействий на окружающую среду. Основным негативным явлением при изготовлении и эксплуатации данного устройства является опасность поражения электрическим током.

Таким образом, при правильной сборке и эксплуатации, устройство имеет довольно длительный срок службы и является почти экологически чистым, за исключением некоторых этапов сборки. Проектируемое устройство полностью отвечает современным требованиям экологичности.

6. Организационно-экономический раздел

6.1 Обоснование необходимости и актуальности разработки системы

Значительной долей инженерных разработок в условиях современной России является использование схем с программируемой структурой для создания требуемых устройств цифровой обработки сигналов. Последние годы характеризуются резким ростом плотности упаковки элементов на кристалле, ведущие производители выпускают ПЛИС с эквивалентной емкостью более 1 миллиона логических вентилей. Цены на ПЛИС неуклонно падают.

Современные алгоритмы обработки сигналов функционально можно разделить на следующие основные классы.

1. Алгоритмы цифровой фильтрации (в т.ч. алгоритмы нелинейной, оптимальной, адаптивной фильтрации, эвристические алгоритмы, полиноминальные фильтры, алгоритмы фильтрации изображений и др.).

2. Алгоритмы, основанные на применении ортогональных преобразований (быстрые преобразования Фурье, Хартли, Уолша, Адамара, преобразование Карунена - Лоэва и др.).

3. Алгоритмы, реализующие кодирование и декодирование, модуляторы и демодуляторы, в том числе сложных сигналов (псевдослучайных, хаотических и др.).

4. Алгоритмы интерфейсов и стандартных протоколов обмена и передачи данных.

Основными преимуществами ПЛИС при применении в средствах обработки сигналов являются:

- высокое быстродействие;

- возможность реализации сложных параллельных алгоритмов;

- наличие средств САПР, позволяющих провести полное моделирование системы;

- возможность программирования или изменения конфигурации непосредственно в системе;

- совместимость при переводе алгоритмов на уровне языков описания аппаратуры (VHDL, Verilog и др.);

- совместимость по уровням и возможность реализации стандартного интерфейса;

- наличие библиотек мегафункций, описывающих сложные алгоритмы;

- архитектурные особенности ПЛИС как нельзя лучше приспособлены для реализации таких операций, как умножение, свертка и т.п.

В настоящее время быстродействие ПЛИС достигло величин порядка 400 МГц, что позволяет реализовывать многие алгоритмы в радиодиапазоне.

В этой связи возникает необходимость в обучении студентов современным методам построения цифровых устройств на основе ПЛИС. Применение перепрограммируемых микросхем может принести большую пользу при обучении на кафедре.

С другой стороны, студенческие проекты требуют большой доработки исходных вариантов. На традиционных средствах (макетах) эту работу выполнить сложно из-за трудоемкости и дороговизны. Применение макетов на основе ПЛИС существенно упрощает ситуацию.

В настоящее время производители ПЛИС, а также сторонние инженерные организации выпускают так называемые отладочные комплекты, состоящие из платы с микросхемой программируемой логики (класса FPGA или CPLD) и различных внешних связей и интерфейса с персональным компьютером . C помощью таких отладочных комплексов осуществляется прототипирование различных цифровых устройств. Очевидно, что данное аппаратное обеспечение, целесообразно использовать в процессе обучения.

Необходимо отметить, что описанный в настоящей пояснительной записке вариант построения макета является универсальным, так как интерфейсную плату (пакетный контроллер) можно использовать без внешнего радиомодема в качестве базы для отработки высокоскоростных алгоритмов шифрования, модулей цифровой фильтрации и ортогональных преобразований. Можно использовать одно устройство в качестве источника высокоскоростного цифрового сигнала, а второе в качестве приемника и соответствующей обработки.

Описанные выше соображения позволяют сделать вывод об актуальности построения лабораторного стенда для учебных целей кафедры и создания на его основе комплекса лабораторных работ по следующим дисциплинам: цифровая схемотехника, цифровая обработка сигналов, передача дискретных сообщений, криптография, аппаратно программные комплексы, системы автоматического проектирования цифровых устройств.

Так как в дипломном проекте разрабатывался пакетный контроллер, то соответственно расчет себестоимости разработки будем производить без учета модуля радиомодема, тем более, как было сказано выше, интерфейсная плата является самостоятельным устройством.

6.2 Технические характеристики разрабатываемого устройства

В качестве макета с конфигурируемой структурой была выбрана система цифровой связи, которая включает в себя алгоритмы кодирования и декодирования, модуляции и демодуляции, шифрования и дешифрования, алгоритмы интерфейсов и стандартных протоколов обмена и передачи данных. Отработка реализации алгоритмов цифровой фильтрации и ортогональных преобразований также без труда может быть реализована в данной системе.

Представим основные технические характеристики и параметры разрабатываемого устройства в таблице 6.1.

Таблица 6.1. - Технические характеристики и параметры разрабатываемого устройства

№ п/п	Характеристики и параметры	Значения характеристик и параметров
1	Рабочий диапазон	2400-2483,5 МГц
2	Криптоалгоритм	DES
3	Вид полосовой модуляции	FSK
4	Скорость передачи информации	1 Мбит/с
5	Вероятность искажения символов	10-4
6	Габариты	22х30х6 мм
7	Масса	0,1 кг
8	Время безотказной работы	115 750 ч

6.3 Обоснование выбора аналога для сравнения

Передача данных по радиоканалу во многих случаях надежнее и дешевле, чем передача по коммутируемым или арендованным каналам, и особенно по каналам сотовых сетей связи. В ситуациях, характеризующихся отсутствием развитой инфраструктуры связи, использование радиосредств для передачи данных часто является единственно разумным вариантом организации связи. Сеть передачи данных с использованием радиомодемов может быть оперативно развернута практически в любом географическом регионе. В зависимости от используемых приемопередатчиков (радиостанций) такая сеть может обслуживать своих абонентов в зоне радиусом от единиц до десятков и даже сотен километров. Огромную практическую ценность радиомодемы имеют там, где необходима передача небольших объемов информации (документов, справок, анкет, телеметрии, ответов на запросы к базам данных и т.п.).

Радиомодемы часто называют пакетными контроллерами (TNC -- Terminal Node Controller) по причине того, что в их состав входит специализированный контроллер, реализующий функции обмена данными с компьютером, управления процедурами форматирования кадров и доступа к общему радиоканалу в соответствии с реализованным методом множественного доступа. Рассматриваемые здесь радиомодемы во многом похожи на интеллектуальные модемы для телефонных каналов КТСОП. Главное же их отличие в том, что радиомодемы ориентированы для работы в едином радиоканале со многими пользователями (в канале множественного доступа), а не в канале типа "точка-точка".

В таблице 6.2 приведена сравнительная характеристика проектируемого устройства с пакетным радиомодемом РК-900.

Таблица 6.2. - Сравнительная характеристика пакетного радиомодема РК-900 и проектируемого устройства

№ п/п	Параметры и характеристики	РК-900	Проектируемое устройство
1	Скорость передачи	0,3-19,2 Кбит/с	1 Мбит/с
2	Объём ПЗУ	256 Кбит	256 Кбит
3	Объём ОЗУ	64 Кбит	128 Кбит
4	Масса	1,84 кг	0,5 кг
5	Габариты	300х305х89 мм	22х30х6 мм
6	Надёжность	30 000 ч	115 750 ч

Как видно из таблицы проектируемое устройство обладает более лучшими характеристиками, чем его промышленные аналоги.

6.4 Обоснование выбора критериев сравнения разрабатываемого устройства с аналогом

При сопоставлении аналога и разработки необходимо выбрать наиболее важные и значимые критерии с позиции конечного потребителя.

Они должны быть с одной стороны значимыми и характеризовать аналог и разработку, с другой стороны должны иметь количественную оценку и с третей стороны должны быть некоррелируемыми.

Исходя из назначения разработки - передача конфиденциальной информации, наиболее важными и значимыми параметрами являются: быстродействие и конфиденциальность. Высокое быстродействие позволяет решать указанные задачи в режиме реального времени, а конфиденциальность обеспечивает надёжность передаваемых данных. Эти параметры являются значимыми, имеют количественную оценку и независимы.

Важным параметром в сопоставлении является такая обобщенная характеристика радиоэлектронной аппаратуры как надежность. Этот параметр определяется временем наработки на отказ и должен соответствовать требованиям области применения. Третий критерий для проведения сравнения имеет количественную оценку и независим.

Важными критериями сравнения могут стать весогабаритные параметры. Эти параметры имеют количественную оценку: масса, габариты.

Из качественных параметров следует отметить такие, как: удобство пользования и оперативность получения результата.

С учётом выбранной в пункте 6.3 базы для сравнения критерии для сравнения с предлагаемой разработкой будут следующие (таблица 6.3).

Таблица 6.3. - Перечень критериев для сравнения разработки и аналога

Количественные параметры	РК-900	Проектируемое устройство
1. Быстродействие 2. Надежность 3. Масса 4. Габариты	0,30-190,2 Кбит/с 30 000 ч. 1,84 кг 300х305х89 см	1 Мбит/с 115 750 ч. 0,5 кг 22х30х6 см

6.5 Расчет затрат на эскизное проектирование

Смета основной заработной платы (и материальных затрат) на эскизное проектирование, представлены в таблице 6.4. Трудоемкость работ определена экспертным путем.

Таблица 6.4. - Сметы основной заработной платы (и материальных затрат) на проектирование лабораторного стенда.

Наименование этапа проектирования	Исполнители	Трудоемкость, н-час	Среднечасовая зарплата, руб	Фонд основной заработной платы по этапу, руб
Анализ ТЗ и составление плана работ	Ведущий преподаватель, руководитель проекта	10	165	1650
Разработка функциональной и принципиальной схем	Инженер 3 категории	12	120	1440
Разработка блок-схемы программного обеспечения	Инженер 3 категории	7	120	840
Написание программы	Инженер 3 категории	10	120	1200
Оформление и сдача отчета	Инженер 3 категории	7	1200	840
Итого		5970

Полные расходы на проектирование (социальные отчисления и накладные расходы) представлены в таблице 6.5

Таблица 6.5 - Смета затрат на проектирование макета и написание программного обеспечения.

Наименование затрат	Стоимость, руб
1. Основная зарплата	25000
2. Социальные отчисления, 30,2	7550
3. Прямые материальные затраты	5650
4. Накладные расходы (30 от осн. зарплаты)	7500
5. Итого	45700
6. Непредвиденные расходы, 5	2285
7. Итого	47985

Затраты на эскизное проектирование составляют до 90 всех затрат на разработку. Поэтому затраты проектирования определим по формуле:

, (6.1)

где Зобщ - общие затраты;

- затраты на эскизное проектирование.

= 479851,1 52783 руб.

Расчет затрат на сырье и материалы приведен в таблице 6.6

Таблица 6.6 - Затраты на сырье и материалы

Материал	Ед.	Марка	Цена за единицу, руб	Расход на изделие	Стоимость, руб
Стеклотекстолит	кг	СФ - 2	920	5%	46
Флюс	кг	ФСК	140	1%	1,4
Припой	кг	ПОС - 61	260	1%	2,6
Итого		50

Расчет стоимости комплектующих для одной интерфейсной платы приведен в таблице 6.7

Таблица 6.7 - Затраты на покупные комплектующие изделия

Наименование	Количество Шт.	Цена, руб/шт	Сумма, руб
Микросхема XC2S100-PQ208C	1	2200	2200
Микросхема XS18V01 S020C	1	1600	1600
Микросхема LM1086-3.3 V	1	120	120
Микросхема LM1117-2.5 V	1	95	95
Конденсатор NPO-100	1	5	5
Конденсаторы TAJВ 106M 006R	4	9	36
Конденсаторы Y5V 0805	27	2	54
Резисторы	6	3	18
Светодиод LG3330	1	15	15
Розетка угловая РЦ-ООУ-00-00	4	14	56
Соединитель штыревой PLD6	1	8	8
Всего			4207
Транспортно-заготовительные расходы 5%	210
Итого	4417

Расчет заработной платы по основным видам работ приведен в таблице 6.8. Трудоемкость работ определена экспертным путем. Среднечасовая ставка определена по уровню тарифных ставок ТНИИС.

Таблица 6.8 - Расчет основной заработной платы

Вид работ	Трудоёмкость, ч	Средняя часовая тарифная ставка, руб.	сумма
Слесарно-механические	2	100	200
Электромонтажные	1,5	150	225
Сборочные	0,5	100	50
Регулировочно-испытательные	0,25	100	25
Премии и доплаты 20%	200
Итого	700

Исходя из назначения и области применения разработки, определим величину закладываемой прибыли в размере 50 % к полной себестоимости. Размер налога на добавленную стоимость (НДС) определяем как 20 % от продажной цены разработки за вычетом уже уплаченного НДС по приобретенным материалам и комплектующим (таблица 6.9).

Полученное расчетное значение рыночной цены соответствует оценкам экспертов, а структура цены разработки аналогична усредненной по отрасли.

В таблице 6.10 приведен расчет цены потребления аналога и разработки. При определении единовременных капитальных затрат экспертная оценка расходов на транспортировку, монтаж устройства, стоимость комплекта запасных частей составит: для аналога - 15 %, для разработки - 5 % к рыночной цене. При оценке эксплуатационных расходов экспертная оценка затрат на обслуживание, ремонт и др. составит: для аналога - 15 %, для разработки - 5 % к рыночной цене.

Таблица 6.9 - Определение возможной рыночной цены

Наименование статьи калькуляции	Сумма, руб.
Полная себестоимость	59112
Закладываемая прибыль (50 %)	29561
Итого, продажная цена без НДС	88683
НДС, за вычетом уплаченного НДС по приобретенным материалам и комплектующим (20 %)	17736
Итого, продажная цена с НДС	70947

Таблица 6.10 - Вычисление интегрального стоимостного показателя

Наименование статьи калькуляции	Аналог Сумма, руб.	Разработка Сумма, руб.
Полная себестоимость	-	59112
Рыночная цена	72500	70947
Итого, единовременные капитальные затраты	12000	11137
Итого, затраты на эксплуатацию за все время работы изделия	4500	49000
Итого, интегральный стоимостный показатель (цена потребления)	14500	6982,2

Расходы на подготовку и освоение производств

Расходы на подготовку и освоение производства макета определены для объёма производства 2-х интерфейсных плат в течении 1 года:

, (6.2)

где Зобщ - общие затраты проектирования (пункт 6.2);

- предполагаемый объем производства в расчетном году, шт;

Т - расчетная длительность производства, кол-во лет.

Кроме расходов на разработку и изготовление макета требуется учесть расходы на внедрение, описанные в таблице 6.11.

Таблица 6.11 - Расходы на внедрение

Наименование мероприятия	Исполнители	Среднечасовая З.пл., руб.	Занятость при использовании лабораторного макета, час	Фонд зарплаты при использовании лабораторного макета, руб.
Подготовка методических указаний	Инженер 2 категории	150	8	1200
Установка программного пакета и системы	Инженер- 3 категории	100	4	400
Итого:	1600

Калькуляция полной себестоимости представлена в таблице 6.12.

Таблица 6.12 - Калькуляция полной себестоимости

Наименование статьи калькуляции	Источник	Сумма, руб
1. Сырье и материалы	Таблица 6.3	50
2. Покупные комплектующие изделия	Таблица 6.4	4417
Итого	4467
3. Основная заработная плата	Таблица 6.5	25000
5. Социальные отчисления (30,2%)		7550
7. Расходы на подготовку и освоение производства		29556
8. Накладные расходы (100%)		7500
11. Внепроизводственные расходы (5%)		500
Полная себестоимость		74573

В таблице 6.13 представлен расчёт заработной платы преподавателя на организацию курса при постановке лабораторной работы.

Таблица 6.13 - Расчёт заработной платы преподавателя на организацию курса при постановке лабораторной работы

Наименование работ	Исполнители	Среднечасовая зарплата, руб	Занятость при использовании лабораторного макета, час	Фонд основной зарплаты при использовании лабораторного макета, руб
Контроль успеваемости	Доцент	180	11	1980
Чтение лекционного материала	Доцент	100	72	7200
Обеспечение работы учебных курсов	УВП	80	18	1440
Итого	10620

Полные затраты на разработку и внедрение лабораторного макета, включая затраты на ведение курса (для 2 шт.):

K.M =10620+259112+1600=130444руб.

6.6 Годовые эксплуатационные расходы потребителя

Таблица 6.14 - Годовые эксплуатационные расходы потребителя

Расходы на машинное время (10руб/час за, 62 часа) ,руб	620
Административно-хозяйственные расходы (на рабочее место 35 руб/час, за 62 часа на 4 рабочие места), руб	7936
Накладные расходы (20%), руб	1700
Прочие расходы (7%), руб	700
Итого	10956

6.7 Расчет технико-экономических показателей разработки

Рассчитаем технико-экономические показатели проекта по выбранным в пункте 6.4 критериям и представим их в таблице 6.15. Форму вычисления интегрального технического показателя выберем аддитивную, так как выбранные критерии не имеют нулевых численных значений как для разработки, так и для аналога. Число критериев для сравнения - 4, что не противоречит используемой методике и не приведет к сглаживанию отличительных параметров.

Формула для расчета интегрального технического показателя

,

где - весовой коэффициент i-го параметра;

- значение i-го параметра.

Численное значение весовых коэффициентов каждого параметра устанавливается экспертным путем с применением метода экспертных оценок с позиций важности и значимости этих параметров для потребителя. Значения весовых коэффициентов указаны в таблице 6.2. Значения каждого i-го параметра для аналога устанавливаем равным единице, а значение i-го параметра для разработки - соответствующее численное улучшение параметра в разах (значение больше единицы) либо соответствующее численное ухудшение параметра в разах (значение меньше единицы, но больше нуля).

Интегральный технико-экономический показатель определяется как:

,

где - интегральный технико-экономический показатель;

- интегральный стоимостный показатель.

Интегральные стоимостные показатели (цена потребления) аналога и разработки выбираем из таблицы 6.2. При этом соответствующие значения аналога и разработки представляют в относительных единицах, то есть интегральный стоимостный показатель аналога принимается равным единице, а интегральный стоимостный показатель разработки - соответствующее численное удорожание в разах. Сравнительная технико-экономическая эффективность разработки вычисляется следующим образом:

,

где - интегральный технико-экономический показатель разработки;

- интегральный технико-экономический показатель аналога.

Таблица 6.15 - Оценка технико-экономической эффективности проекта

№ п/п	Параметры и характеристики	Весовой коэффициент	Аналог (РК-900)	Проект
			показатель	значение	показатель	значение
1	Скорость передачи информации	0,25	1	0,25	5	1,25
2	Масса	0,25	1	0,25	1	0,25
3	Надежность	0,25	1	0,25	3	0,75
4	Габариты	0,25	1	0,25	2	0,5
			-	1,0	-	2,25
			-	1,0	-	0,48
			-	1,0	-	4,68
			-	-	-	4,68

6.8 Продвижение разработки и организация производства предлагаемого устройства на предприятии-изготовителе

В сравнении с уже существующими аналогами разрабатываемая сеть имеет ряд существенных достоинств: небольшую массу сетевого оборудования, малую потребляемую мощность и очень высокую надежность, тем самым, позволяя решать ряд общих задач современного сетевого оборудования, таких как: миниатюризация, высокая надежность и низкое энергопотребление, а главное расширение зоны действия сети за счёт увеличения дальности связи. Все эти достоинства расширяют возможности применения этих систем и, как следствие, создают новый уровень развития беспроводной связи. В случае реализации грамотной маркетинговой политики спрос на данные системы может быть значительно увеличен, и может быть даже реализована стратегия тотального захвата рынка сбыта.

Исходя из неоспоримых достоинств разработки основным её заказчиком, без сомнения, являются фирмы и корпорации, которые должны постоянно контролировать ход своих производств и вести обмен данными в режиме реального времени. Немалая доля заказов будет приходиться на образовательные, медицинские и др. учреждения.

Из вышеизложенного можно заключить, что объем выпуска данных систем единичный и может составить до 100 штук в год, что соответствует единичному производству.

Для увеличения спроса можно предложить ряд мероприятий по продвижению, таких как:

- участие в соответствующих выставках, конференциях, семинарах, совещаниях;

- предоставление всей информации потенциальным предприятиям-заказчикам с применением различных методов;

- личные контакты руководителей предприятия-изготовителя и потенциального предприятия-заказчика.

После заключения соответствующих контрактов и определения величины заказа предстоит осуществить подготовку производства. Этот процесс состоит из следующих этапов:

- конструкторская подготовка;

- технологическая подготовка;

- организационная подготовка.

Логика подготовки производства отражена в сетевом графе, представляющем собой информационно-динамическую модель, в которой отражаются взаимосвязи и результаты всех работ, необходимых для коммерческой реализации разработки. Сетевой граф подготовки производства представлен на рисунке 6.1. Далее приведены пояснения к рисунку.

Перечень событий по графу подготовки производства на действующем предприятии:

00 - конструкторская документация на новое изделие получена заводом - изготовителем,

01 - закончена проверка комплектности конструкторской документации,

02 - разработана программа обеспечения качества изделия,

03 - разработана программа метрологического обеспечения производства,

04 - определена номенклатура техпроцессов, подлежащих разработке,

05 - разработаны технологические маршруты и техпроцессы,

06 - определена производственная программа,

07 - техпроцессы пронормированы,

08 - финансовый план составлен,

09 - цена на изделие определена,

10 - договоры с потребителями заключены,

11 - определена потребность в рабочей силе,

12 - конструкторская документация выдана в цех,

13 - материалы получены,

14 - метрологическое обеспечение опробовано,

15 - спецификации, техпроцессы и производственная программа получены ПДО,

16 - оперативно-производственное планирование закончено,

17 - программа обеспечения качества получена ОТК,

18 - графики производства выданы в цех,

19 - производство готово к началу изготовления опытной партии.

Перечень работ по сетевому графу подготовки производства на действующем предприятии и их исполнители:

00-01 - проверка документации на комплектность (ОГК),

01-04 - закончена проверка комплектности конструкторской документации ПДО (ОГК),

00-07 - определение производственной программы (ОМ, ПЭО),

02-05 - разработка программы обеспечения качества (ОГК, ОГТ, ОТК),

02-06 - разработка программы метрологического обеспечения производства (ОГМет),

02-13 - выдача конструкторской документации в цеха (ОГК),

04-12 - определена номенклатура техпроцессов, подлежащих разработке (ОГК)

03-07 - определение номенклатуры техпроцессов, подлежащих разработке (ОГТ),

03-14 - опробование метрологического обеспечения (ОГМет),

05-15 - разработка технологических маршрутов и процессов (ОГТ), передача данных по техпроцессам ПДО (ОГТ),

05-17 - передача программы обеспечения качества ОТК (ОГК),

05-18 - выдача технологической документации цехам (ОГТ),

06-11 - определена потребность в рабочей силе ПДО (ПЭО),

06-13 - передача производственной программы ПДО (ПЭО),

06-15 - передача программы ОМ (ПЭО),

06-16 - оперативно-производственное планирование (ПДО),

06-17 - передача производственной программы ОМТС (ПЭО),

07-17 - нормирование технологических процессов (ОТиЗ),

08-13 - предоставление финансового плана ПЭО (ФО),

09-16 - определение цены изделия (ПЭО),

10-19 - заключение договоров с потребителями (ОМ),

13-18 - выдача графиков производства цехам (ПДО),

17-19 - подготовка контролеров и контрольного оборудования (ОТК),

18-19 - корректировка производственных графиков в соответствии с заключенными договорами (ПДО).

Расшифровка сокращенных наименований подразделений:

ОГК - отдел главного конструктора, ОГТ - отдел главного технолога, ОТК - отдел технического контроля, ОГМет - отдел главного метролога, ОМ - отдел маркетинга, ПЭО - планово-экономический отдел, ОТиЗ - отдел труда и заработной платы.	ОМТС - отдел материально-технического снабжения, ПДО - производственно-диспетчерский отдел, ФО - финансовый отдел.

Рисунок 6.1 - Сетевой граф подготовки производства

В разделе технико-экономического обоснования проведён анализ необходимости и актуальности разработки пакетного контролера. Использование принципа построения сети за счёт увеличения дальности связи позволило добиться ряда существенных достоинств по сравнению с уже существующими аналогами: значительное уменьшение массы сетевого оборудования, уменьшение потребляемой мощности и значительное увеличение надёжности сети. Все эти достоинства расширяют возможности применения этих систем и, как следствие, создают новый уровень развития беспроводной связи.

В качестве базы для сравнения с разработкой выбран пакетные радиомодем РК - 900.

Сопоставление аналога с разработкой и расчёт интегральных технических и стоимостных показателей, показал: разработка обладает значительно более высокими техническими характеристиками и, что очень важно в наше время, значительно более дешёвой стоимостью оборудования и комплектующих.

Сравнительная технико-экономическая эффективность разработки имеет значение 4,68, что свидетельствует о прорывном характере разработки и успешной коммерческой реализации проекта по единичному производству предлагаемого оборудования.

Заключение

В результате выполнения дипломного проекта была разработана система передачи дискретной информации, которая представляет собой программно-аппаратный комплекс. Аппаратная часть системы состоит из двух модулей: пакетного контроллера, выполненного в виде интерфейсной платы, и внешнего радиомодема. Был найден оптимальный вариант построения структуры системы. Это позволило значительно снизить нагрузку на ресурсы компьютера, по сравнению с устройствами, реализующими только физический уровень соединения и реализовать принцип модульности системы.

Радиомодем построен на основе квадратурной схемы обработки сигналов. Это обусловлено универсальностью устройства, независимо от вида модуляции. В соответствии с уровнями базовой модели взаимодействия открытых систем радиомодем выполняет функции физического доступа к радиоканалу и синхронизации принимаемых бит данных. Был произведен анализ канала связи, в результате которого был составлен его бюджет, обеспечивающий обзор основных энергетических параметров системы.

Пакетный контроллер выполнен на основе программируемой логической интегральной схемы архитектуры FPGA фирмы Xilinx и выполняет следующие функции: формирование кадров, защита передаваемой информации в соответствии со стандартом шифрования DES, кодирование/декодирование кадров в соответствии с алгоритмом обнаружения ошибок CRC16, обмен данными с радиомодемом, обмен данными с компьютером с помощью Bluetooth интерфейса. В результате логического синтеза устройства были получены результаты об использовании около 50% ресурсов кристалла под данный проект.

На программную часть возложены остальные уровни базовой модели взаимодействия открытых систем. Основой для разработки программной части является организация протокола связи пакетных радиомодемов AX.25, с помощью которого происходит передача файлов данных. Систему можно использовать для построения сети передачи данных.

Выполнено технико-экономическое обоснование разработки, произведен анализ безопасности и экологичности разработки.

Список использованных источников

1. Бернард Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, исп.: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003. - 1104 с.: ил.

2. Шнайер Б. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на языке Си. - M.: ТРИУМФ, 2003 - 816 с.: ил.

3. Дэвис Дж., Карр Дж. Карманный справочник радиоинженера: Пер. с англ. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002. - 544 с.: ил.

4. Информация по использованию полосы радиочастот 2400-2483,5 МГц для внутриофисных систем передачи данных. Решение ГКРЧ № 04-03-04-003.

5. Лагутенко О.И. Современные модемы. - М.: Эко-Трендз, 2002. - 346 с.: ил.

6. Угрюмов Е. П. Цифровая схемотехника: Учеб. пособие для вузов. Изд. 2-е., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 800 с.: ил.

7. Гук М. Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия. - СПб.: Питер, 2002. - 528 с.: ил.

8. Суворова Е.А., Шейнин Ю. Е. Проектирование цифровых систем на VHDL. - СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 576 с.: ил.

9. Кузелин М. О. и др. Современные семейства ПЛИС фирмы Xilinx. Справочное пособие. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2004. - 440 с.: ил.

10. Зотов В.Ю. Проектирование цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы XILINX в САПР WebPACK ISE. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2003. - 624 с.: ил.

11. ANT24-0801 D-Link Antenna. - M.: D-Link, 2003. - 13 c.

12. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра: Пер. с англ. / Под ред. В.И. Журавлева. - М.: Радио и связь, 2000г. - 520 с.: ил.

13. SGL-0263 1400-2500 MHz Silicon Germanium Cascadable Low Noise Amplifier. M.: Sirenza Microdevices, 2002. - 5 c.

14. Голуб В. Квадратурные модуляторы и демодуляторы в системах радиосвязи. - М.: ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес, №3, 2003, с. 28-32.

15. Стешенко В.Б. ПЛИС фирмы «Altera»: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002. - 576 с.

16. Libraries Guide. ISE 6.3i. - M.: Xilinx, 2004. - 1180 c.

17. Spartan-II 2.5 V FPGA Family: Complete Data Sheet. Product Specification. - M.: Xilinx, 2003. - 99 c.

18. XC18V00 Series In-System Programmable Configuration PROMs. Product Specification. - M.: Xilinx, 2004. - 23 c.

19. LM1086 1.5A Low Dropout Positive Regulators. - M.: National Semiconductor, 1999 - 15 c.

20. LM1117 800mA Low Dropout Linear Regulators. - M.: National Semiconductor, 2000 - 19 c.

21. Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры: Учебник для радиотехнич. спец. техникумов - 5е изд. М.: Высш. шк., 1989. - 287 с., ил.

22. Интегрированный контроллер PCI интерфейса на ПЛИС Xilinx. Ядро PCI Slave 33/32. Руководство пользователя. - М.: Scan Engineering Telecom, 2002. - 40 с.

23. Дьяконов В. MATLAB 6: учебный курс - СПб.: Питер, 2001 г. - 592 с.: ил.

24. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2002. - 608 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru