4.4 Заключение

Заключение

Список литературы

Введение

Радиоэлектронная аппаратура (РЭА), в основу функционирования которой положены принципы электроники, строится на базе электронных компонентов различного назначения (микросхем, резисторов, конденсаторов и др.) с помощью коммутационных (печатных) плат, разъемных и неразъемных соединений, несущей конструкции и т.п.

Производство РЭА в настоящее время развивается высокими темпами, находит все более широкое применение во многих областях. Современная РЭА используется в радиолокации, системах связи, персональных компьютерах, машиностроении и др.

В зависимости от функциональной сложности РЭА различают следующие уровни ее разукрупнения: электронная система, электронный комплекс, электронный блок, электронный функциональный узел.

В наше время организации переходят к модели проектировщика-универсала, который сочетает в себе квалификацию одновременно и конструктора, и технолога. САПР обеспечивают такой подход к производству, обеспечивая конструкторскую, технологическую работу, процесс подготовки производства, что позволяет небольшим организациям снизить сроки проектирования, улучшить качество проектов за счет более точного учета различных факторов, согласованности различных частей проекта, сократить ошибки в конструкторской документации.

На данный момент наше государство стремится к рыночной системе экономики. А это значит, что весь рынок, включая военную промышленность, захватывает конкуренция. Любое изделие не может долго продержаться на рынке, необходимо его постоянно усовершенствовать и модернизировать.

Целью модернизации радиоэлектронных средств является повышение качества и быстродействия приборов с одновременным уменьшением их габаритов. Вместе с этим также должна повышаться экономичность прибора, он должен стать более безопасным при эксплуатации и более долговечным в использовании. Этих результатов можно достичь при помочи усовершенствования схемотехнического решения изделия, использования новой элементной базы и современных материалов.

Целью данного проекта является разработка конструкции макета модернизированного линейного коммутатора.

1. Конструкторский раздел

1.1 Постановка задачи

Требования к конструкции

Коммутатор должен быть выполнен с использованием конструктива Compac Pro.

Коммутатор должен иметь габаритные размеры не более 312х471х152 мм.

Коммутатор должен иметь:

ручку для переноски;

ножки на нижней и задней сторонах корпуса;

крышку, закрывающую переднюю панель корпуса.

Коммутатор должен иметь арматуру для установки:

врубных разъёмов для подключения модулей;

направляющих для модулей;

крепления для модулей под невыпадающий винт.

Масса коммутатора не должна превышать 10 кг.

На панели разъемов для подключения объекта контроля должны располагаться разъемы X1, X12 - X21.

Модули внутри макета должны располагаться в соответствии с рисунком:

Технические требования

Волновое сопротивление витой пары для линии DATA+(B) и DATA-(A) должно быть не более 120 Ом.

Для цепей питания использовать провод типа МГШВ 0,35, а для остальных - МГТФ 0,35 (типы провода могут уточняться на этапе разработки).

Измерительные цепи должны иметь сопротивление изоляции не менее 20 ГОм при напряжении постоянного тока (100±10) В. Измерения выполнять между контактами A1 и С1, А3 и С3, А5 и С5, А7 и С7, А9 и С9, А11 и С11, А13 и С13, А15 и С15.

Экраны витых пар должны быть соединены к корпусу в одной точке.

Эксплуатационные требования

Относительная влажность воздуха при температуре 25?С до 98%.

Питание коммутатора должно осуществляться от источника постоянного тока напряжением в диапазоне от 10,8 до 14,6 В.

Ток потребления коммутатора должен быть не более 5 А.

Рабочая температура окружающего воздуха от минус 10 до 50?С.

Предельная температура окружающего воздуха от минус 40 до 50?С.

Атмосферное давление от 84 до 106,7 кПа (от 630 до 800 мм рт. ст.).

Коммутатор должен сохранять работоспособность и быть прочным после воздействия синусоидальной вибрации в диапазоне частот 1 - 200 Гц с амплитудой ускорения 19,6 м/с2 (2g).

Коммутатор должен сохранять работоспособность и быть прочным после воздействия ударов многократного действия с пиковым ударным ускорением 98 м/с2 (10g) и длительностью действия ударного ускорения 5 - 10 мс.

Коммутатор должен сохранять свои технические характеристики при непрерывной работе в течение 24 часов.

Среднее время наработки на отказ коммутатора должно быть не менее 3000 ч. Срок службы должен быть не менее 12 лет.

1.2 Выбор и обоснование конструкции

Процесс развития РЭА обусловлен требованиями постоянного усложнения выполняемых ею функциональных задач и расширением областей применения. Функциональная сложность РЭА в свою очередь определяет аппаратурную и оценивается числом схемных или активных элементов. С увеличением последней возникают противоречия в цепочке взаимодействующих факторов: сложность - надежность - масса -энергопотребление - стоимость - сроки разработки и изготовления. Здесь важную роль играет конструктор, который путем создания и совершенствования элементной базы, новых методов конструирования, применения прогрессивных материалов и методов формообразования деталей и узлов, новой технологии изготовления способствует разрешению этих противоречий. Знания, которыми должен располагать конструктор радиоаппаратуры, весьма разнообразны. Конструктору необходимо знать принципы действия радиотехнических устройств и систем; особенности компоновок РЭА; свойство материалов и их проявления в различных условиях эксплуатации; технологию изготовления отдельных деталей и сборочных единиц; автоматизацию проектирования конструкций и технологических процессов; условия эксплуатации РЭА и методы защиты от ее дестабилизирующих факторов(теплообменные процессы, вибрации и удары, воздействие влаги), основы анализа надежности РЭА , основы микроэлектроники, вопросы стандартизации, технологичности, экономику и технику безопасности, правила оформления конструкторской документации и многое другое.

Согласно ТЗ конструкция КЛ должна быть выполнена на основе конструктива CompacPRO. Был изучен ассортимент компании Schroff, которая занимается разработкой и реализаций продуктов данной линейки. Было решено выбрать следующие компоненты:

1. Корпус.

2. Передняя и задняя панели.

3. Ножки из пенистого пластика.

4. Складная ручка для переноски.

5. Горизонтальные рельсы.

6. Рейки с резьбовыми отверстиями.

7. Направляющие для печатных плат.

Для коммутации модулей внутри КЛ было решено разработать кроссплату на основе схемы электрической принципиальной прилагаемой к ТЗ, которая устанавливается в задней части блока и крепиться к рельсам. Плата должна быть изготовлена из диэлектрика, материал СФ-2-50Г-1,5 1кл. ГОСТ 10316-78, класс точности 3, группа жесткости 2. Покрытие элементов проводящего рисунка Хим. М 20 О-С (66) 15 опл. На плате устанавливаются розетки СНП322-64ac. Разводка платы выполнена в среде P-CAD таким образом, чтобы в последствии установить жгут, соединяющий элементы на передней панели и кроссплату согласно электрической схемы. Модули, входящие в состав КЛ устанавливаются согласно ТЗ по направляющим, подсоединяются к кроссплате с помощью вилок СНП322-64ac и крепятся к рельсам под невыпадающие винты.

1.3 Расчет теплового режима

Большинство радиотехнических устройств, потребляя от источников питания мощность, измеряемую десятками, а иногда и сотнями ватт, отдают полезной нагрузке от десятых долей до единиц ватт. Остальная электрическая энергия, подводимая к аппарату, превращаясь в тепловую, выделяется внутри аппарата. Температура нагрева аппарата оказывается выше температуры окружающей среды, в результате чего происходит процесс отдачи теплоты в окружающее пространство. Этот процесс идет тем интенсивнее, чем больше разность температур аппарата и окружающей среды.

Специалисты в области создания новых радиоэлектронных аппаратов знают, что расчеты теплового режима аппаратов столь же необходимы, как и расчеты, связанные с функциональным назначением их.

Интуитивные методы проектирования РЭС и в частности реализация нормального теплового режима складывались годами. Такой подход в настоящее время оказывается не в состоянии обеспечить выбор в исключительно сжатые сроки безошибочных, близких к оптимальным решений.

Известно, что надежность элементов радиоэлектронной аппаратуры сильно зависит от температуры окружающей среды. Для каждого типа элемента в технических условиях указывается предельная температура, при превышении которой элемент нельзя эксплуатировать. Поэтому одна из важнейших задач конструктора радиоэлектронной аппаратуры состоит в том, чтобы обеспечить правильные тепловые режимы для каждого элемента.

Исходные данные для расчёта:

1) - размеры корпуса блока, перпендикулярные направлению обдува, мм.:

- L1=331, L2=471;

- размер корпуса блока в направлении продува, мм.: L3=147;

2) мощность, рассеиваемая в блоке ?150Вт;

3) мощности рассеивания элементов:

в блоке имеется 10 модулей. Принимаем все модули как единый элемент с равномерно размещенными деталями.

4) площади поверхностей элементов:

- Sпл=0,27м2; - площадь занимаемая модулями;

5) коэффициент заполнения блока КЗ= 0,43;

6) расстояние в направлении движения воздуха от входного сечения до места расположения модулей, мм:

- l = 73;

7) температура охлаждающего воздуха на входе: 323К (50С);

8) допустимая температура элемента:

в нашем случае предельная температура для всех элементов Тпр=358К (85 ОС)

9) скорость охлаждающего воздуха: 0,5 м/с.

Расчёт выполнен в соответствии с методикой, изложенной в учебном пособии Раткопа Л. Л., Спокойного Ю. Е. [3].

1) Определяем массовый расход воздуха по формуле

,

где F - площадь поперечного сечения проёма, перпендикулярного направлению обдува, и - соответственно средние в этом сечении плотность и скорость воздуха.

2) Определяем средний перегрев воздуха в блоке по формуле:

3) Определяем площадь поперечного сечения в направлении продува сечения корпуса блока

4) По графикам определяем

Рис.1 «Зависимость m1 от расхода воздуха» m1 = 2*10-3

Рис.2 «Зависимость m2 от поперечного сечения корпуса аппарата»

m2 = 2

Рис.3 «Зависимость m3 от пути движения воздуха» m3 = 6,4

Рис.4 «Зависимость m4 от Кз» m4=0,9

5) Рассчитываем перегрев нагретой зоны:

;

6) Находим условную поверхность нагретой зоны :

;

7) Находим удельную мощность нагретой зоны :

;

8) Находим удельную мощность элементов :

;

9) Рассчитываем перегрев поверхности элементов:

;

10) Рассчитываем перегрев окружающей элементы

среды:

;

11) Определим температуру нагретой зоны:

= 3,6 + 323 = 325,6 К .

средняя температура воздуха в блоке:

= 0.127 + 323 = 323.127 К .

температура воздуха на выходе из блока:

=2 0,127 + 323 = 323,254 К .

температура поверхности элемента:

;

;

Таким образом, полученная температура поверхности элементов не превышает температуру, заданную по техническим условиям (Тпр).

Вывод: сконструированная РЭА считается допустимой, если температура в критических зонах элементов РЭА меньше допустимых значений, которые указаны в ТУ.

1.4 Расчет электромагнитной совместимости

Экранированием называется локализация электромагнитной энергии в определенном пространстве за счет ограничения распространения ее всеми возможными способами.

Из этого определения следует, что в понятие экрана входят как детали механической конструкции, так и электротехнические детали фильтрующих цепей и развязывающих ячеек, ибо только их совместное действие дает необходимый результат.

Определение необходимости той или иной степени экранирования данной электрической цепи, так же как и определение достаточности того или иного вида экрана, почти не поддается техническому расчету, потому что известные теоретические решения отдельных простейших задач оказываются не применимыми к сложным электрическим цепям, состоящим из произвольно расположенных в пространстве элементов, излучающих электромагнитную энергию в самых разнообразных направлениях. Для расчета экрана пришлось бы учитывать влияние всех этих отдельных излучений, что невозможно. Поэтому от конструктора, работающего в этой области, требуется особенно ясное понимание физического действия каждой экранирующей детали, ее относительного значения в комплексе деталей экрана и умение выполнять ориентировочные подсчеты эффективности экрана.

Известно, что частота работы КЛ не значительна (в пределах 200 Гц). Это означает, что возникающее при работе поле будет мало и соответственно не требуется разработка экрана. Но согласно исходной схеме электрической принципиальной монтажные провода должны быть экранированные, чтобы не возникли наводки между ними.

Металлические экраны, наложенные поверх изолированных жил, защищают их от взаимного влияния и от влияния внешнего поля. Заряды на жилах, размещенных внутри экрана, индуцируют на его внутренней поверхности заряды, равные первым по величине, но противоположные по знаку. При этом на внешней поверхности экрана сосредоточиваются заряды, равные по величине и знаку зарядам жил. Заряды, расположенные вне экрана, не влияют на электрическое состояние жил кабеля, так как поле этих зарядов во внутреннем пространстве компенсируется полем зарядов, индуцированных на внешней поверхности металлического экрана.

По принципу действия экраны подразделяются на электростатические, магнитостатические и электромагнитные. Электростатические и магнитостатические экраны действуют благодаря повышенным электро и магнитопроводности применяемых материалов. Эти экраны эффективны лишь в области низких частот. В области высоких частот требуемый эффект достигается применением электромагнитных экранов, действие которых основано на отражении электромагнитных волн от поверхности экрана и затухания высокочастотной энергии в толще металлического экрана. Затухание энергии в экране обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи. Чем выше частота передаваемой энергии и толще экран; тем больше затухание в экране. Отражение энергии от экрана связано с несоответствием волновых характеристик изоляционного материала и металлического экрана. Чем больше они различаются, тем сильнее сказывается эффект экранирования за счет отражения.

На рис. 1.4.1 изображена схема прохождения электромагнитной энергии через экран. Электромагнитная энергия поля помех W, достигнув экрана, частично проходит через него, затухая при этом в толще его, а частично отражается. Отраженная энергия на границе изоляция - экран обозначается W01 . На второй границе (экран - изоляция) происходит вторичное отражение энергии (W02 ), и лишь остаток энергии (Wэ ) проникает в заэкранированное пространство. В результате прохождения энергии через экран величина ее уменьшается от W до Wэ . В действительности процесс более сложный: энергия многократно отражается от границ изоляция - экран - изоляция.

Рис. 1.4.1. Схема прохождения электрической энергии через экран.

W-поле помех; W 01 и W 02 -отраженные поля; W э - поле за экраном.

Эффективность экранирования учитывают коэффициентом экранирования Э, представляющим собой отношение напряженностей электромагнитного поля в какой-либо точке экранированного пространства при наличии экрана (Е э и Н э ) к напряженности поля в этой же точке без экрана (Е и Н):

Коэффициент экранирования Э изменяется в пределах 1-10. Эффективность экрана можно выражать через затухание экранирования Аэ:

Чем меньше коэффициент экранирования Э, тем больше величина затухания экранирования А э. Коэффициент экранирования

где первый член в правой части соответствует экранированию поглощения, а второй-экранированию отражения; ? - толщина экрана; zи - волновое сопротивление изоляции; zм - волновое сопротивление металла экрана,

Затухание экранирования, характеризующее величину затухания, вносимого экраном,

где Ап - затухание экранирования поглощения; Ао - затухание от экранирования отражения.

Затухание от экранирования поглощения А II обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи в экране. Чем выше частота и больше толщина экрана, тем больше эффект экранирования. С увеличением магнитной проницаемости м и проводимости экрана г улучшается экранирующий эффект; поэтому эффект экранирования магнитных экранов больше, чем немагнитных.

Затухание от экранирования на отражение А0 обусловлено несоответствием волновых сопротивлений изоляции zи и металла экрана zэ . Наиболее эффективными являются многослойные экраны (медь - сталь или медь - сталь - медь). Повышенная эффективность таких экранов объясняется дополнительными отражениями энергии на границах различных металлов и малыми потерями энергии благодаря наличию медного слоя экрана вблизи источника энергии. В медном слое преобладает затухание на отражение, а в стальном слое - затухание на поглощение.

Глубина проникновения поля

Экранирующее действие экрана коаксиального кабеля обусловлено поглощением энергии в толще экрана на вихревые токи. Коэффициент экранирования сплошного экрана (внешнего проводника коаксиальных кабелей) может быть определен по приближенной формуле

где ? - толщина экрана; D - внутренний диаметр экрана; k - коэффициент распространения. Сопротивление экрана из оплетки при низких частотах примерно равно сопротивлению при постоянном токе. При частотах выше 3 Мгц сопротивление линейно зависит от частоты:

где б - коэффициент рассеяния, зависящий от конструктивных данных оплетки, определяемый экспериментально.

Экранирующие свойства оплетки повышаются с увеличением ее плотности. На рис. 1.4.2 приведена зависимость от частоты переходного затухания между экранированными жилами с экранами в виде оплетки. Коэффициент экранирования металлических оплеток

где H - коэффициент спиральности оплеток, зависящий от отношений размеров r и l:

. . . 0 0,1 0,2 0,5 1 1,5 2,0 3,0 4,0 5.0

H. . . 1 0,015 1,044 1,156 1,489 1,94 2,23 3,17 4,17 5,55

l - шаг оплетки; b - расстояние между проволоками экрана; а - расстояние между центрами проволок экрана; r0 - радиус проволоки экрана; гэ - радиус экрана.

На рис. 1.4.3 показана зависимость экранного затухания А э от угла оплетки а. Идеальным экраном является сплошной цилиндрический экран (труба).

Рис. 1.4.2. Зависимость переходного затухания между экранированными жилами от частоты.

1 - однослойный экран из медной оплетки; 2 - двухслойный экран из медной и стальной оплеток; 3 - трехслойный экран из медной, стальной и медной оплеток.

Рис. 1.4.3. Зависимость экранного затухания от угла оплетки.

1 - сплошная трубка, 2 - оплетка с различными углами.

В случае оплетки экранное затухание возрастает с увеличением угла оплетки а и достигает максимального уровня, когда все проволоки экрана лежат параллельно оси провода.

Вторым видом экрана для кабелей и проводов является обмотка тонкими медными или алюминиевыми лентами, а также металлизированной бумагой. Экран в виде обмотки металлическими лентами отличается от оплошной трубки наличием в нем продольного магнитного поля, образуемого током, проходящим по лентам, наложенным по спирали. Возникновение дополнительной индуктивности экрана из медных лент приводит к возрастанию сопротивления и уменьшению экранирующей способности экрана.

Рис. 1.4.4. Зависимость экранного затухания для экранов из медных лент от частоты и ширины зазоров между витками обмотки.

1 - сплошной трубчатый медный экран; 2 - экран из обмотки медными лентами; 3 - то же, но с зазорами 13 мм; 4 - то же, но с зазорами 26 мм.

Рис. 1.4.5. Зависимость экранного затухания от отношения шагов наложения проволок экрана и скрутки жил в кабель.

1 - сплошной трубчатый медный экран; 2 - экран из лент, наложенных с перекрытием; 3 - экран с зазорами между витками шириной 1 мм; 4 - то же, но с зазорами в 6 мм.

На рис. 1.4.4 показана зависимость экранного затухания от частоты экрана из медных прямоугольных проволок, наложенных повивом. С увеличением зазора между проволоками экранное затухание резко уменьшается. На рис. 1.4.5 доказана зависимость экранного затухания от отношения шага наложения проволок экрана к шагу скрутки жил в экранируемом кабеле. В этом случае максимальный экранирующий эффект достигается при совпадении шагов наложения обмотки экрана и скрутки жил.

1.5 Расчет надежности линейного коммутатора

1.5.1 Методика расчета на надежность

Расчет количественных показателей надежности модулей коммутации линии проведен с целью определения показателя надежности. В качестве показателя надежности задана наработка на отказ То.

Расчет То проведен по методу л-характеристик входящих в него изделий электронной техники (ИЭТ) с учетом их количества, типов и реальных электрических и тепловых режимов работы.

Расчет основан на следующих допущениях:

а) отказы ИЭТ являются событиями случайными и независимыми;

б) распределения времени безотказной работы ИЭТ подчиняются экспоненциальному закону;

в) интенсивности отказов ИЭТ в течение срока службы постоянны во времени, т. е. л=const;

г) схема надежности модулей коммутации линии является простой последовательной, т. е. отказ любого элемента приводит к отказу модулей коммутации линии;

д) учитываются все элементы, отказ которых ведет к отказу модулей коммутации линии в целом: резисторы, конденсаторы, полупроводниковые приборы, микросхемы, соединители, резонаторы, фильтры и др.

Кроме указанных элементов в расчете учитывались монтажные паяные соединения (пайки), отказы которых приводят к отказу модулей коммутации линии.

При проведении расчета использовалась следующая техническая документация:

- схема электрическая принципиальная;

- перечень элементов;

- справочный материал по надежности электрорадиоизделий, единый справочник, том 1 издание 9, том 3 издание 8.

Расчет выполнялся в автоматизированной системе расчета надежности АСРН.

При проведении расчета определены следующие показатели надежности:

1. Параметр потока отказов в целом на модули коммутации линии в рабочем режиме.

2. Наработка на отказ.

Расчет КПН модулей коммутации линии проведен по элементам с учетом сведений изложенных в справочниках путем заполнения таблицы соответствующих справочников АСРН.

Принятые в таблицах 1.6.1. и 1.6.2. обозначения:

лб- приведенная базовая интенсивность отказов данного типа изделий;

Кпр- коэффициент приемки, отражающий степень жесткости требований к контролю качества и правилам приемки ИЭТ;

Кэ- эксплуатационный коэффициент для перерасчета интенсивности отказов групп или типов изделий от режимов испытаний к условиям эксплуатации аппаратуры. Контроллер ПДУ, предназначенный для эксплуатации в закрытом помещении в интервале температур от 0 до 65С отнесен к группе 1.1;

Ккорп- коэффициент, учитывающий тип корпуса микросхем;

Кст- коэффициент, зависящий от сложности интегральной микросхемы и температуры окружающей среды;

Кv- коэффициент, учитывающий снижение максимальных значений напряжения питания;

Кр- коэффициент режима, характеризующий зависимость надежности изделий от величины электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

Кt- коэффициент, зависящий от температуры для кварцевых пьезоэлектрических резонаторов и генераторов;

Кr- коэффициент, зависящий от величины сопротивления;

Кс- коэффициент, зависящий от величины емкости;

Кf- коэффициент, зависящий от частоты и мощности в импульсе для мощных транзисторов СВЧ.

Ккк- коэффициент, зависящий от количества задействованных контактов.

1.5.2 Описание программы АСРН

Автоматизированная система расчета надежности (АСРН) разработана на базе справочника "Надежность электрорадиоизделий" и позволяет рассчитывать суммарную интенсивность отказов модулей 1-го и 2-го уровней без резервирования, укомплектованных отечественными и импортными ЭРИ в режиме эксплуатации и хранения (только для отечественных ЭРИ) в составе подвижных и неподвижных объектов.

Система снабжена генератором отчетов, конвертором результатов расчета в формат HTML, а также базой данных импортных ЭРИ, формируемой пользователями.

В пакет поставки входит:

справочник "Надежность ЭРИ" последней редакции;

программа чтения pdf - файлов Acrobat Reader 5.0;

справочник по расчету надежности зарубежной элементной базы;

положение о справочнике "Надежность ЭРИ";

справочная система о правилах работы с программой;

Система функционирует под управлением операционной системы Windows 95 и выше и требует ~ 40Мб свободного дискового пространства и не менее 64 Мб оперативной памяти.

Для работы программы необходимо наличие монитора с разрешением не менее 600х800 и принтера для печати результатов расчета.

Добавление, редактирование и удаление ЭРИ

При добавлении ЭРИ в модули первого и второго уровня (выбор пунктов "Добавить ЭРИ") появляется окно ввода исходных данных по ЭРИ.

Выбор необходимого типа ЭРИ осуществляется из дерева класс-группа-тип (раскрывается двойным нажатием на кнопку мыши) или при помощи поиска ЭРИ.

После выбора типа ЭРИ справа от дерева появляются все поля для ввода исходных данных, которые необходимо заполнить (иначе кнопка "ОК" пассивна).

Исходные данные вводятся непосредственно в поля для ввода (обычно числовые величины, входящие в модель), выбираются из перечня возможных значений (обычно функциональный режим работы и другие параметры, заданные в табличной форме при отсутствии модели), а также параметры, которые вводятся или выбираются из инкрементного регулятора с шагом 0.1 (для коэффициента нагрузки).

Если электрорадиоэлемент отсутствует в базе данных, то расчет эксплуатационной интенсивности отказов можно провести по "Тип не существенен". Тогда в качестве базовой принимается среднегрупповая интенсивность отказов. В этом случае необходимо также ввести ряд дополнительных параметров в явном виде (например, для интегральных микросхем наименование, сложность и тип корпуса).

Для удобства в окно добавлены кнопки для связи со справочниками "Надежность ЭРИ" и "Надежность импортных ЭРИ" и кнопка для вызова корпоративной базы данных импортных ЭРИ.

При редактировании ЭРИ все необходимые данные заполнены и могут быть изменены.

Таблица 1.5.1 Расчет надёжности КЛ

Расчет надежности КЛ: НГТУ.468345.016

I. Основные исходные данные

1. Расчет в режиме: эксплуатации

2. Группа аппаратуры: 1.2

3. Температура окружающей среды °С: 35

II. Расчет суммарной интенсивности отказов входящих модулей и ЭРИ:

Модуль КЛ1: НГТУ.468345.111

Модуль питания: НГТУ.468345.206

Модуль (модем): НГТУ.468345.205

Модуль (кроссплата): НГТУ.468345.116

Модуль КЛ: НГТУ.468345.110-01

IV. Итого для модуля: НГТУ.468345.016

T0 = 1/э = 1/(1.25*10-4) = 8000 ч.

Зависимость безотказной работы изделия от времени t определяем при помощи графика. При построении графика время изменяется до тех пор, пока вероятность безотказной работы системы не станет равной или меньше 0,1.

Для НГТУ.468345.016:

Рис. 1.5.1. Зависимость вероятности безотказной работы от времени для НГТУ.468345.016

Вероятность безотказной работы модуля коммутации линии в течение 24 часов равна:

P(24) = 0.997

1.7 Разработка чертежей и чертежей деталей в среде КОМПАС

Программные продукты для проектирования, конструирования и черчения, разработанные компанией АСКОН, стали стандартом автоматизации для тысяч предприятий и организаций. Их популярность объясняется отличными функциональными возможностями, удобством и надежностью, уникальной быстротой освоения и внедрения у заказчиков, большим набором стандартных библиотек и специализированных приложений.

При использовании разнообразных прикладных библиотек семейства КОМПАС, существует возможность на единой графической платформе организовать по модульному принципу программный комплекс, ориентированный на решение типовых задач в различных предметных областях (например, проектирование инженерных сетей, технологических трубопроводов и т.п.).

АСКОН уделяет огромное внимание обеспечению удобного и быстрого обмена информацией с другим ПО САПР, применяемым заказчиками. КОМПАС содержит различные конверторы для обмена данными с другими системами проектирования, инженерных расчетов, подготовки управляющих программ и т.д. Функции импорта данных из большинства форматов, а также некоторые функции экспорта предоставляются пользователям КОМПАС бесплатно. К ним относятся:

· чтение графических файлов форматов DXF, DWG и IGES;

· запись данных спецификации в форматы DBF и Microsoft Excel;

· запись документов КОМПАС в различные растровые форматы (TIFF, GIF, JPEG, BMP, PNG, TGA);

· чтение и запись текстовых файлов форматов ASCII (DOS), ANSI (Windows); чтение текстовых файлов формата RTF.

Некоторые конверторы для экспорта и импорта данных являются отдельными компонентами системы. Используя их, можно выполнить:

· запись графических файлов форматов DXF, DWG и IGES;

· чтение файлов формата PDIF (P-CAD).

· чтение файлов *.model системы CATIA 4 в КОМПАС-График

Интеграция с САПР SolidWorks, Unigraphics, SolidEdge обеспечивается за счет поддержки в КОМПАС чтения и записи данных Parasolid.

"Конвертер текстовых конструкторских документов" предназначен для получения в форматах КОМПАС Перечня элементов и Спецификации на изделия, разработанные в системах P-CAD и OrCAD. Полученные документы могут быть при необходимости доработаны стандартными средствами КОМПАС. Конвертор работает с ВОМ-файлами систем P-CAD версий 2000..2002 и OrCAD версий 9.x

2. Технологический раздел

2.1 Общие сведения

Сборка представляет собой совокупность технологических операций механического соединения деталей и ЭРЭ в изделии или его части, выполняемых в определенной последовательности для обеспечения заданного их расположения и взаимодействия. Выбор последовательности операций сборочного процесса зависит от конструкции изделия и организации процесса сборки. Сборочные соединения бывают подвижными, если сопряженные детали могут перемещаться в определенных направлениях относительно друг друга, или неподвижными, если их взаимное расположение сохраняется неизменным. В свою очередь, они разделяются на разъемные и неразъемные.

Монтажом называется ТП электрического соединения ЭРЭ изделия в соответствии с принципиальной электрической или электромонтажной схемой. Монтаж производится с помощью печатных, проводных или тканых плат, одиночных проводников, жгутов и кабелей. Основу монтажно-сборочных работ составляют процессы формирования электрических и механических соединений.

В соответствии с последовательностью технологических операций процесс сборки (монтажа) делится на сборку (монтаж) отдельных сборочных единиц (плат, блоков, панелей, рам, стоек) и общую сборку (монтаж) изделия. Организационно он может быть стационарным или подвижным с концентрацией или дифференциацией операций. Стационарной называется сборка, при которой собираемый объект неподвижен, а к нему в определенные промежутки времени подаются необходимые сборочные элементы. Подвижная сборка характеризуется тем, что сборочная единица перемещается по конвейеру вдоль рабочих мест, за каждым из которых закреплена определенная часть работы. Перемещение объекта сборки может быть свободным по мере выполнения закрепленной операции или принудительным в соответствии с ритмом процесса.

Сборка по принципу концентрации операций заключается в том, что на одном рабочем месте производится весь комплекс работ по изготовлению изделия или его части. При этом повышается точность сборки, упрощается процесс нормирования. Однако большая длительность цикла сборки, трудоемкость механизации сложных сборочно-монтажных операций определяют применение такой формы в условиях единичного и мелкосерийного производства.

Дифференцированная сборка предполагает расчленение сборочно-монтажных работ на ряд последовательных простых операций. Это позволяет легче механизировать и автоматизировать работы, использовать рабочих низкой квалификации. Сборка по принципу дифференциации операций эффективна в условиях серийного и массового производства. Однако чрезмерное дробление операций приводит к возрастанию потерь вспомогательного времени на транспортировку, увеличению производственных площадей, повышению утомляемости рабочих при выполнении несложных однообразных действий. Поэтому в каждом конкретном случае должна быть определена технико-экономическая целесообразность степени дифференциации сборочных и монтажных работ.

К монтажно-сборочным процессам предъявляют требования высокой производительности, точности и надежности. На повышение производительности труда существенное влияние оказывают не только степень детализации процесса и специализации рабочих мест, уровень механизации и автоматизации, но и такие организационные принципы, как параллельность, прямоточность, непрерывность, пропорциональность и ритмичность.

Параллельность сборки - это одновременное выполнение частей или всего технологического процесса, что приводит к сокращению производственного цикла. Использование этого принципа обусловлено конструкцией РЭА, степенью ее расчленения на сборочные единицы. Наибольшими возможностями с технологической точки зрения обладают два вида обеспечения параллельности процессов:

1) изготовление и сборка на многопредметных поточных линиях одновременно нескольких изделий;

2) совмещение на автоматизированных поточных линиях изготовления деталей с их сборкой.

При организации производственного процесса стремятся обеспечить кратчайший путь прохождения изделия по всем фазам и операциям от запуска исходных материалов и ЭРЭ до выхода готового изделия. Любые отклонения от прямоточности усложняют процесс сборки, удлиняют цикл изготовления радиоаппаратуры. Принцип прямоточности должен соблюдаться во всех подразделениях предприятия и сочетаться с принципом непрерывности.

Непрерывность ТП сборки предусматривает сокращение или полное устранение меж- или внутриоперационных перерывов. Достигается непрерывность рациональным выбором техпроцессов, соединением операций изготовления деталей с их сборкой, включением в поток операций влагозащиты, контроля и регулировки.

Под принципом пропорциональности в организации производственного процесса понимается пропорциональная производительность в единицу времени на каждом рабочем месте, линии, участке, цехе. Это приводит к полному использованию имеющегося оборудования, производственных площадей и равномерному выпуску изделий. Улучшает пропорциональность рациональное деление конструкции на сборочные единицы и унифицированность ее элементов.

Принцип ритмичности предполагает выпуск в равные промежутки времени одинаковых или возрастающих количеств продукции. Ритмичность при сборке повышается за счет использования типовых и групповых процессов, их унификации и предварительной синхронизации операций.

Проектирование ТП сборки и монтажа РЭА начинается с тщательного изучения на всех производственных уровнях исходных данных, к которым относятся: краткое описание функционального назначения изделия, технические условия и требования, комплект конструкторской документации, программа и плановые сроки выпуска, руководящий технический, нормативный и справочный материал. К этим данным добавляются условия, в которых предполагается изготавливать изделия: новое или действующее предприятие, его местонахождение, имеющееся на нем оборудование и возможности приобретения нового, кооперирование с другими предприятиями, обеспечение материалами и комплектующими изделиями. В результате проведенного анализа разрабатывается план технологической подготовки и запуска изделия.

В разработку ТП сборки и монтажа входит следующий комплекс взаимосвязанных работ:

1) выбор возможного типового или группового ТП и его доработка в соответствии с требованиями, приведенными в исходных данных;

2) составление маршрута единичного ТП общей сборки и установление технологических требований к конструкции входящих в нее блоков и сборочных единиц;

3) составление маршрутов единичных ТП сборки блоков (сборочных единиц) и установление технологических требований к входящим в них сборочным единицам и деталям;

4) определение необходимого технологического оборудования, оснастки, средств механизации и автоматизации;

5) моделирование и оптимизация техпроцесса по производительности;

6) разбивка ТП на элементы;

7) расчет и назначение технологических режимов, техническое нормирование работ и определение квалификации рабочих;

8) разработка ТП и выбор средств контроля, настройки и регулировки;

9) выдача технического задания на проектирование и изготовление специальной технологической оснастки;

10) расчет и проектирование поточной линии, участка серийной сборки или гибкой производственной системы, составление планировок и разработка операций перемещения изделий и отходов производства;

11) выбор и назначение внутрицеховых подъемно-транспортных средств, организация комплектовочной площадки;

12) оформление технологической документации на процесс в соответствии с ЕСТД и ее утверждение;

13) выпуск опытной партии;

14) корректировка документации по результатам испытаний опытной партии.

Разработка технологического маршрута сборки и монтажа РЭА начинается с расчленения изделия или его части на сборочные элементы путем построения схем сборочного состава и технологических схем сборки. Элементами сборочно-монтажного производства являются детали и сборочные единицы различной степени сложности. Построение таких схем позволяет установить последовательность сборки, взаимную связь между элементами и наглядно представить проект ТП. Сначала в компактном виде составляется схема сборочного состава всего изделия, а затем ее дополняют развернутыми схемами отдельных сборочных единиц. Расчленение изделия на элементы проводится независимо от программы его выпуска и характера ТП сборки. Схема сборочного состава служит основой для разработки технологической схемы сборки, в которой формируется структура операций сборки, устанавливается их оптимальная последовательность, вносятся указания по особенностям выполнения операций.

Состав операций сборки определяют исходя из оптимальной дифференциации монтажно-сборочного производства. Требования точности, предъявляемые к сборке РЭА, в большинстве своем ведут к необходимости концентрации процесса на основе программируемого механизированного и автоматизированного оборудования, что снижает погрешности сборки при существенном повышении производительности процесса.

При непоточном производстве целесообразными технологическими границами дифференциации являются:

1) однородность выполняемых работ;

2) получение в результате выполнения операции законченной системы поверхностей деталей или законченного сборочного элемента;

3) независимость сборки, хранения и транспортирования от других сборочных единиц;

4) возможность использования простого (универсального) или переналаживаемого технологического оснащения;

5) удобство планировки рабочих мест и участков;

6) обеспечение минимального удельного веса вспомогательного времени в операции;

7) установившиеся на данном производстве типовые и групповые операции.

В поточном производстве необходимый уровень дифференциации операций в основном определяется ритмом сборки.

Оптимальная последовательность технологических операций зависит от их содержания, используемого оборудования и экономической эффективности. В первую очередь выполняются неподвижные соединения, требующие значительных механических усилий. Каждая предыдущая операция не должна препятствовать выполнению последующих. На заключительных этапах собираются подвижные части изделий, разъемные соединения, устанавливаются детали, заменяемые в процессе настройки.

2.2 Система автоматизированного проектирования TechologiCS

В дипломном проекте для разработки типовых технологических процессов поверхностного монтажа, а также комплекта технологической документации на изготовление модулей коммутации линии использовалась автоматизированная система технической подготовки производства TechnologiCS. Программный продукт TechnologiCS предназначен для решения задач конструкторско-технологической подготовки, планирования и управления производством на предприятиях различных отраслей промышленности.

В современных условиях динамично изменяющегося рынка и острой конкуренции основным фактором успеха предприятия становится его эффективность. Один из признанных во всем мире способов повышения эффективности работы предприятия -- широкое применение информационных технологий.

Существуют разные концепции применения ИТ на машиностроительных и сходных с ними по характеру производствах. Описанное ниже решение является собственной разработкой российской компании CSoft. В основу предлагаемой методологии и соответствующего программного обеспечения положен более чем 15-летний успешный опыт разработки и внедрения информационных систем для подготовки и управления производством на машиностроительных, приборостроительных, ремонтно-механических и других предприятиях. Основная концепция предлагаемого решения -сквозная информационная система, когда все участники процесса работают в физически единой информационной среде, максимально используют необходимые данные в электронном виде. Практический опыт внедрения этой методологии показал, что при соответствующей реорганизации бизнес-процессов предприятия применение решений от CSoft позволяет за сравнительно короткое время добиться кардинального повышения эффективности процесса подготовки производства. То есть, не увеличивая численность персонала, сократить цикл "проектирование-производство", снизить издержки, связанные с ошибками и недостаточной информационной обеспеченностью, упорядочить и сделать подконтрольным процесс проведения изменений, сократить общее количество электронных и бумажных документов, уменьшить число согласований, обеспечить скоординированную работу конструкторских, технологических, плановых и производственных служб предприятия.

Функциональные возможности

TechnologiCS является открытой, легко настраиваемой (при необходимости -- модифицируемой) средой, предназначенной для информационной поддержки процессов конструкторско-технологической и технической подготовки производства, планирования и управления производством, управления обеспеченностью производства материалами и другими ресурсами. Физически единая система TecnologiCS логически может быть разделена на следующие модули:

Управление нормативно-справочной информацией

Ведение электронных справочников для проектирования изделий и техпроцессов, ведение справочников покупных и комплектующих изделий, имеющегося инструмента, оснастки, оборудования и т.д. Классификация и структуризация информации, мощная универсальная поисковая система.

Управление информацией об изделиях

Подсистема ведения конструкторских спецификаций и работы с составом и структурой изделий.

Управление документами

Подсистема электронного архива и технического документооборота. Предназначена для организации централизованного защищенного хранения технической документации в электронном виде, обеспечения возможности коллективной работы с ней, распределения прав доступа и управления состоянием электронных документов.

Технологическая подготовка, нормирование

Разработка технологических процессов, расчет норм расхода материалов, нормирование трудоемкости. Выпуск технологической и сводной документации.

Планирование и производство

Ведение портфеля заказов, формирование производственной программы, управление изменениями в производственной программе, расчет необходимых для изготовления ресурсов (материалы, трудоемкость и т.д.), контроль фактического изготовления, учет, предоставление сводных данных о текущем состоянии производства в различных разрезах.

Складской учет

Учет поступления, перемещения, выдачи и списания материальных ресурсов. Учет в натуральных единицах измерения и в учетных ценах. Возможность партионного и номерного (по серийным номерам) учета. Контроль остатков по складам, по работникам, по партиям, по серийным номерам.

Управление состояниями

Планирование и учет фактически выполненных работ связанных с конкретными экземплярами номенклатуры. Используется для планирования и учета ремонтов оборудования, выпущенной продукции и подобных задач.

TechnologiCS -- открытая система. При необходимости, возможна глубокая настройка под специфические требования конкретного предприятия или для интеграции с другими программными продуктами и системами. Для этого:

· имеется возможность разрабатывать собственные функции внутри TechnologiCS с использованием Microsoft VB Script;

· имеются штатные функции импорта (обеспечивают возможность начального наполнения БД) и экспорта (для передачи данных во внешние приложения) данных;

· большой набор API-функций позволяет разрабатывать: собственные приложения и пользовательские интерфейсы для работы с TechnologiCS, программы-интерфейсы для интеграции TechnologiCS с внешними приложениями, а также обеспечивает возможность напрямую обращаться к БД TechnologiCS из внешних приложений;

· средства для создания отчетов позволяют не только самостоятельно настраивать бланки и комплекты документов различной сложности и назначения, но и широко использовать возможности программных пакетов семейства Microsoft Office (представление данных в виде графиков и гистограмм, обработка информации внешними приложениями, применение скриптов и т.д.).

В то же время, благодаря системе обновлений TechnologiCS предприятия могут при желании переходить на новую версию ПО в течение нескольких часов, независимо от количества установленных клиентских мест, полностью сохраняя при этом все собственные настройки БД, функции, работоспособность созданных приложений и интерфейсов.

Технически система реализована по технологии "клиент-сервер". Сервер БД функционирует под управлением СУБД MS SQL или Interbase. И клиентские места, и сервер TechnologiCS нетребовательны к аппаратным ресурсам. Даже при большом числе одновременно работающих пользователей не создается большого сетевого трафика. Пример из практики: при работе с большими объемами данных (более 200 000 конструкторских спецификаций и технологических процессов) и большом (более 300) количестве одновременных подключений система устойчиво функционирует в локальной сети пропускной способностью 100 Mbit на персональных компьютерах "офисного" класса.

2.3 Технологическая подготовка производства

Технолог выбирает в системе нужную деталь (узел) и переходит в режим редактирования ее технологического процесса. При выборе детали для работы возможны различные варианты:

· выбор детали (узла) непосредственно в БД системы (с использованием классификатора и средств поиска);

· выбор детали из спецификации или из режима отображения структуры (дерева) изделия;

· деталь может быть помещена на рабочий стол конкретному исполнителю (например, его руководителем) с соответствующими комментариями. В этом случае технолог выбирает деталь для работы из тех, что уже лежат у него на рабочем столе;

· из задания, сформированного с использованием подсистемы документооборота. В таком случае технолог получает электронный документ-задание, содержащий ссылку на деталь в БД, для которой необходимо разработать (отредактировать/проверить) технологический процесс.