Министерство образования Российской Федерации

ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Дипломный проект на тему:

БЛОК АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СВЯЗЬЮ

 

Тамбов 2007 г.

Аннотация

 

Дипломный проект на тему: “Блок автоматизированного управления связью”.

Отличительной особенностью проекта является применение усовершенствованной конструкции блока, выполненной по современной технологии и увеличивающей ремонтопригодность и прочность блока.

Выбор элементной базы сделан на основе технического задания. Проектирование печатного узла производилось в системе “Personal CAD”, а разработка чертежно-конструкторской документации с применением пакета прикладных программ “Auto CAD”.

Объем пояснительной записки . . . . . . . . . . . 161 с.

Количество рисунков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Количество таблиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

Количество графического материала:

формат А1 . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 листов

формат А4. . . . . . . . . . . . . . . . . .1 листов

Содержание

Введение

1. Исходные данные и их анализ

1.1 Расширенное техническое задание

1.2 Испытания на воздействие внешних факторов

1.3 Анализ соответствия элементной базы заданным условиям эксплуатации

1.4 Патентный поиск и обоснование темы дипломного проекта

2. Проектирование блока

2.1 Описание схемы электрической функциональной

2.2 описание схемы электрической принципиальной

2.3 Выбор элементной базы и проверка на соответствие условиям эксплуатации

2.4 Конструирование блока

3. Проектирование функционального узла

3.1 Размещение навесных элементов

3.2 Расчет печатного монтажа

4 Конструкторские расчеты

4.1 Расчет надежности устройства

4.2 Расчет теплового режима.

4.3 Расчет технологичности блока

4.4 Разработка системы автоматизации

5. Технико-экономический расчет

5.1 Маркетинговые исследования

5.2 Расчет производительности изделия

5.3 Расчет капитальных вложений и единовременных затрат.

5.4 Расчет себестоимости и оптовой цены продукции

5.5 Расчет экономического эффекта

6. Безопасность жизнедеятельности

6.1 Техника безопасности при проектировании РЭС

6.2 Охрана труда при производстве РЭС

6.2.1 Основные санитарно-гигиенические требования к устройству предприятия

6.2.2 Требования к зданиям и сооружениям.

6.2.3 Характеристика вредных факторов на предприятии

6.2.4 Потенциальные опасности проектируемого объекта.

6.2.5 Пожарная безопасность

6.2.6 Электробезопасность.

6.3 Расчет защитного заземления электроустановок

6.4 Расчет освещения производственного помещения

6.5 Расчет кондиционирования производственного помещения.

7 Гражданская оборона.

Заключение

Список использованных источников

Введение

 

Научно-технический прогресс, определяющий мощный объем общественного производства в значительной степени обусловлен внедрением электроники во все отрасли современной промышленности. Прогресс в области вычислительной техники и радиоэлектроники связан с достоинствами достижений в микроэлектронике, т.е. в создании схем малой, средней, большой и сверхбольшой степени интеграции. Появление микропроцессорных БИС позволило из-за их относительной дешевизны, малых габаритов, массы, мощности потребления и свойства программируемости функций решить проблему разработки малого числа БИС для большого числа применений, внедрить вычислительную технику в те отрасли промышленности, в которых она ранее не применялась.

Современной индустрией освоены и выпускаются множество типов микропроцессоров, благодаря которым обеспечиваются исключительные преимущества цифровых методов обработки информации. Достигнутый отечественной электронной промышленностью высокий уровень технологии элементной базы, средств вычислительной техники открывает широкие возможности по массовому созданию информационно-управляющих вычислительных систем с более современными техническими характеристиками.

В настоящее время все большее развитие получает применение микропроцессорной системы при управлении работой радиопередающего комплекса, т.к. современный радиопередающий комплекс представляет собой сложную систему, которая включает в себя устройства непосредственно выполняющие заданную функцию, а также устройства защиты и контроля которые обеспечивают бесперебойную работу системы. Управление такой системы представляет собой сложный процесс, выполнение которого вручную является трудновыполнимой задачей.

Задачей этого дипломного проекта является разработка системы управления коротковолнового радиопередатчика на основе современной отечественной элементной базы.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что существует потребность в изготовлении подобных систем управления.

1. Исходные данные и их анализ

 

1.1      Расширенное техническое задание

1.1.1 Наименование изделия ''Блок автоматизированного управления связью''.

1.1.2 Блок автоматизированного управления связью предназначен для осуществления автоматизации управления связью — для управления радиопередающим устройством, тремя радиоприемными устройствами, оконечной аппаратурой и обмена информацией с ними.

1.1.3 Блок автоматизированного управления связью относится к возимой РЭА. Габаритные размеры блока не должны превышать Габаритные размеры блока LxBxH 292х405х228,5 мм, масса не более 15,5 кг

1.1.4 Блок должен выдерживать испытание на прочность при транспортировании в упакованном виде:

– длительность ударного импульса, мс ......................................от 5 до 10;

– частота ударов в минуту .........................................................от 40 до 80;

– пиковое ударное ускорение, м/с² (g) .........................49,98,245 (5,10,25).

1.1.5 На передней панели блока должны находиться элементы ручного управления человеком-оператором и элементы индикации неисправностей. Задняя стенка блока должна быть свободной от каких-либо элементов управления. Расположение передней панели - вертикальное.

1.1.6 Обмен данными производится по интерфейсу ИРПС по симметричным однонаправленным линиям связи с использованием 20 мА токовой петли. Скорость передачи информации по стыкам ИРПС не менее —9600 бит/с, а по стыкам ТЧ и С1-И не менее 1200 и 2400 бит/с.

1.1.7 Выходная информация о работоспособности блоков передатчика контролируется по оптическим индикаторам.

1.1.8 Среднее время наработки на отказ  должно быть не менее 4000 часов.

1.1.9 Среднее время восстановления не более 3 ч.

1.2 Испытания на воздействие внешних факторов

1.2.1 Испытание на прочность при воздействии синусоидальной вибрации одной частоты:

– частота, Гц...........................................................................................20±1

– амплитуда виброускорения, м/с²(g)...............................................19,6±2

– время выдержки, ч, не менее................................................................0,5

 

1.2.2 Испытание на воздействие повышенной влажности:

– относительная влажность...................................................................80%

– температура,°C.......................................................................................25

– время выдержки, ч..................................................................................48

Время выдержки в нормальных климатических условиях, ч, не менее.6

1.2.3     Испытание на воздействие пониженного атмосферного давления:

– температура, °C......................................................................................10

– атмосферное давление, Па (мм. рт. столба )........................6,1·10⁴(460)

– время выдержки при пониженном давлении, ч.........................от 2 до 6

– время выдержки в нормальных климатических условиях, ч...от 2 до 6

1.2.4 Испытание на воздействие пониженной температуры среды:

– предельная температура, °C.................................................................-40

– время выдержки при предельной температуре, ч.....................от 2 до 6

– рабочая температура, °C...........................................................................5

– время выдержки при рабочей температуре, ч...........................от 2 до 6

– время выдержки в нормальных климатических условиях, ч. от 2 до 6

1.2.5 Испытание на воздействие повышенной температуры среды:

– рабочая температура, °C.........................................................................40

– время выдержки при рабочей температуре, ч...........................от 2 до 6

– предельная температура, °C...................................................................55

– время выдержки при предельной температуре, ч.....................от 2 до 6

– время выдержки в нормальных климатических условиях, ч...от 2 до 6

1.2.6. Испытание на прочность при транспортировании в упакованном виде:

– длительность ударного импульса, мс........................................от 5 до 10

– частота ударов в минуту...........................................................от 40 до 80

– пиковое ударное ускорение, м/с²(g).............................49,98,245(5,10,25)

– общее количество ударов, не менее.......................................................60

1.3 Патентный поиск и обоснование темы дипломного проекта

В соответствие с темой дипломного проекта был проведен патентный поиск в области устройств автоматизированного управления и контроля связи в приемопередающих радиоустройствах.

С этой целью изучена научно-техническая и патентная информация:

-описание изобретений к авторским свидетельствам РФ.

-официальные бюллетени Государственного комитета при Совмине РФ по делам изобретений и открытий.

-реферативные сборники ЦНИИПИ “Изобретения за рубежом“

-книги, журналы, доклады, отчеты, руководства по эксплуатации и другие материалы.

Результаты поиска сведены в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Патентные документы

В рассмотренных патентах каждое из устройств представляет собой аналог узлов входящих в блок управления. Отдельно взятый патент не имеет необходимой функциональности, чтобы заменить или быть аналогом всего блока. Рассматривая их в совокупности, несколько недостатков, характерных и для многих других систем управления радиопередающих устройств. Эти недостатки обусловлены очень жесткими требованиями к современным средствам связи, а именно высокое быстродействие, повышенная надежность и помехоустойчивость, очень высокие точностные характеристики. В рассмотренных изделиях-аналогах для повышения точности измерения применяются такие решения, как устройства коррекции характеристик, автокалибровка и другие, однако они существенно снижают быстродействие и усложняют структуру схемы. Кроме того, измерения проводятся в основном на пониженной частоте, что приводит к усложнению аппаратуры с введением таких узлов, как смесители, синтезаторы, формирователи смешанной частоты. Эти недостатки приводят к необходимости разработки устройств с применением новых схемных решений, удовлетворяющих современным требованиям.

Вывод: при анализе научно-технической информации по данной теме были изучены существующие способы построения систем управления и контроля связи в приемопередающих комплексах. Патентный поиск дал полное представление о состоянии исследуемого вопроса. В результате проведенного патентного поиска установлена степень новизны разрабатываемой системы управления.

2. Проектирование блока

 

2.1 Описание схемы электрической структурной

В блок автоматизированного управления связью входят следующие составные части:

—     стабилизатор напряжения;

—     стабилизатор;

—     микроконтроллер управления;

—     устройство передачи и приема команд управления;

—     модем:

—     преобразователь;

—     формирователь частоты

—     плата расширения интерфейса микропроцессора;

—     коммутатор направлений;

—     коммутатор приемных цепей.

Блок автоматизированного управления связью обеспечивает:

—     обмен информацией по стыку интерфейса радиального последовательного (ИРПС);

—     обмен информацией с оконечной аппаратурой (ОА), с возможностью дистанционного управления ОА;

—     прием информации с трех радиоприемных устройств, управление ими по ИРПС;

—     выдача информации в радиопередающее устройство (РПДУ) с дистанционным управлением им по системе телеуправления – телесигнализации (ТУ-ТС);

—     взаимодействие с блоком часов электронных БЧЭ-2;

—     контроль исправности и индикация состояния технических средств.

Стабилизатор напряжений предназначен для получения стабилизированных напряжений для питания ячеек блока автоматизированного управления связью. Входное напряжение — ( ) В. Он выполнен на основе стабилизирующих унифицированных вторичных источников питания типа МП ЖБКП.436434.002 ТУ с защитой от перегрузок и короткого замыкания. Источники питания размещены на радиаторе. Электрические соединения ячейки с блоком осуществляется с помощью соединителя типа ГРПМШ-1.

Стабилизатор, предназначен для получения двух стабилизированных источников 20В. Он состоит из двух функциональных узлов: задающего генератора и двух стабилизаторов тока.

Микроконтроллер управления предназначен для программной обработки информации с возможностью обмена данными по стыкам ИРПС и в параллельном коде.

Устройство передачи и приема команд управления (УППКУ) обеспечивает:

- обмен с БАУС содержанием передаваемых и принимаемых команд управления корреспондентом;

- формирование, передачу, прием, декодирование команд управления (КУ) корреспондентом.

Модем осуществляет модулирование и демодулирование сигналов.

Преобразователь предназначен для преобразования аналоговых сигналов выходов автоматического радиоуправления радиопередающего устройства (АРУ РПУ) в цифровую форму, формирования сигналов управления, приема и коррекции кода времени с последующей передачей в шину данных.

Формирователь частоты предназначен для формирования сигнала частотой 576 кГц с фазой, совпадающей с фазой принимаемой информации, демодуляции сигналов РПУ, запоминания сигналов прерывания от ячеек УППКУ и коммутации информационных сигналов.

Плата расширения интерфейса микропроцессора предназначена для расширения интерфейса ячейки процессора.

Коммутатор направлений предназначен для коммутации девяти сигналов на восемь направлений.

Коммутатор приемных цепей предназначен для коммутации информационных цепей, приема и формирования сигналов управления в блоке БАУС.

Плата индикации предназначена для отображения буквенно-цифровой информации.

2.2 Разработка схемы электрической принципиальной

Схема электрическая принципиальная ТГТУ.468323.043 Э3 и перечень элементов ТГТУ.468323.043 ПЭ3 приведены в пояснительной записке к дипломному проекту ТГТУ.468323.043 ПЗ.

Напряжение питания постоянного тока через соединитель Х18 и фильтр, выполненный на элементах С1 - С8, L1, L2, Z1 - Z8, поступает на тумблер включения питания S1. Далее напряжение через вставки плавкие F1 и F2 поступает для питания цепей КРУ ОА и на стабилизатор напряжения для формирования вторичного питания блока. Индикация напряжений осуществляется светодиодами Н9 - Н14.

По включению питания или нажатию кнопки S2 микроконтроллер управления проводит проверку работоспособности блока, индицирующуюся светодиодом Н18. Плата расширения интерфейса микропроцессора производит дешифрацию сигналов управления для остальных ячеек блока. Коммутация информационных цепей для проверки осуществляется коммутатором приемных цепей. При положительных результатах проверки загорается светодиод Н17, в противном случае - Н19.

По нажатию кнопки S3 производится контроль технических средств, результаты которого индицируются микроконтроллером управления на светодиодном табло ячейки платы индикации. Кнопки S4 и S5 служат для управления индикацией светодиодного табло и выбора режимов работы блока. Взаимодействие с ОА обеспечивает микроконтроллер управления через модем, коммутаторы формирователя частоты и коммутатора направлений и соединитель Х5. Индикация состояния цепей КРУ ОА осуществляется светодиодами Н4 - Н8 с помощью коммутатора приемных цепей.

Взаимодействие с РПДУ по системе ТУ-ТС через соединитель Х7 и коммутатор приемных цепей и модем обеспечивает микроконтроллер управления. Индикация сеансов ТУ-ТС и ДУ ОА осуществляется светодиодами Н20 - Н23. Прием и передачу команд управления обеспечивают устройства приема и передачи команд управления, дистанционное управление РПУ – плата расширения интерфейса микропроцессора и микроконтроллер управления, взаимодействие с блоком часов электронных – преобразователь.

2.3 Выбор элементной базы и проверка на соответствие условиям эксплуатации

Элементная база не должна эксплуатироваться в режимах и условиях, более тяжелых по сравнению с оговоренными в технической документации на эти элементы. Условия эксплуатации радиоэлементов приведены в таблице1.

Таблица 2.1 – Характеристики радиоэлементов

Перечень примененных в блоке автоматизированного управления связью элементов приведен в таблице 1.2. Здесь же приведены их основные конструкционные и эксплуатационные параметры. В соответствии с допустимыми внешними воздействиями и данными таблицы 1.2 элементная база соответствует условиям эксплуатации и может применятся без дополнительных мер защиты, что в дальнейшем позволит снизить массу, а следовательно и себестоимость изделия.

2.4 Конструирование блока

Блок автоматизированного управления связью выполнен аналогично по ОСТ4.410.029-86 и построен по структурной схеме "ячейка - аппарат". Несущей конструкцией блока являются передняя и задняя панели, соединенные между собой стяжками. Прибор закрыт верхней, нижней обшивками и боковыми крышками. На передней панели расположены органы управления, контроля и индикации. На задней панели расположены соединители типа 2РМ, с помощью которых осуществляются внешние электрические соединения. Для обеспечения заземления на объекте эксплуатации на задней панели прибора установлена клемма заземления с болтом М8 для подключения шины заземления.

Для дополнительной защиты от внешних механических воздействий прибор установлен на амортизаторах типа АПН. В приборе установлены ячейки с размером печатных плат 170 х 110 х 1,5 мм. Конструкция ячеек соответствует ОСТ4.410.015-82 и представляет собой печатную плату с установленными на ней электрорадиоизделиями (ЭРИ) и накладкой с элементами крепления ячеек в блоке.

Электрическое соединение ячеек внутри прибора осуществляется через соединители типа СНО и ГРПМ. Доступ к ячейкам обеспечивается после снятия верхней обшивки. Установка ячеек осуществляется по полиамидным направляющим, которые крепятся к стяжкам прибора, а извлечение ячеек осуществляется при помощи съемника из состава ЗИП-О. Электромонтаж прибора выполнен жгутом и закрывается нижней обшивкой. Места установки ячеек в приборе определены маркировкой условных обозначений ячеек на планках. Позиционные обозначения ячеек и ЭРИ в приборе маркируются краской, а места расположения ЭРИ в ячейках указаны в схемах электрических расположения. Крепление прибора на объекте осуществляется четырьмя винтами М6.

Легкосъемность прибора обеспечивается наличием направляющих, по которым он выдвигается. Планка с надписью условного обозначения прибора и местом нанесения заводского номера крепится на передней панели прибора. Пломбирование прибора осуществляется мастикой битумной при помощи пломбировочных чашек, установленных на верхней и нижней обшивках.

Наружные поверхности прибора покрыты эмалью МЛ-12 светло-серой, передняя панель - эмалью МЛ-12 "белая ночь". Надписи на приборе выполнены черным цветом. Габаритные размеры прибора (LхBхH) не более 280х405х230 мм. Масса не более 16 кг.

3. Проектирование функционального узла

В качестве заданного функционального узла рассматривается печатный узел, а именно коммутатор приемных цепей (А2).

Разработка печатного узла проводилась с применением САПР фирмы “Autodesk” (США). Разработка чертежно-конструкторской документации с применением пакета прикладных программ “Auto - CAD“.

Проектирование печатного узла производилось в системе “Personal-CAD”.

В частности были произведены следующие шаги:

-автоматическое получение исходной информации из схемы электрической принципиальной;

-смешанное автоматическое и ручное размещение (двухсторонне) элементов на печатной плате;

-трассировка печатных проводников заданной ширины в двух слоях;

-получение предварительной документации (деталировочные и сборочные чертежи).

Окончательная подготовка чертежей производилась в пакете прикладных программ ACAD.

3.1 Размещение навесных элементов

Размещение осуществляется в соответствии с ОСТ4.ГО.010.030 и ОСТ4ГО.010.009. Выбираем вариант установки электрорадиолементов на плату в соответствии с заданными условиями эксплуатации и техническими требованиями к конструкции печатного узла. Элементы устанавливаются по ГОСТ29137-91:

– резисторы по варианту 010.02.0201.00.00.

конденсаторы:

– К50-29 по варианту 010.02.0208.00.00,

– К10-17 по варианту 180.00.0000.00.00.

микросхемы:

– планарные по варианту 380.18.1113.00.00,

– не планарные по варианту 320.00.0000.00.00.

Ниже кратко опишем процесс размещения электрорадиоэлементов на печатной плате. Схему электрическую принципиальную разбиваем на функционально связанные группы, составляем таблицу соединений, производим размещение навесных элементов в каждой группе. Группу ЭРЭ, имеющую наибольшее количество внешних связей с уже размещенной группой ЭРЭ размещаем рядом и так далее.

По ГОСТ 23751-79 производим рациональное размещение навесных ЭРЭ с учетом минимизации электрических связей между элементами и так как печатная плата изготовляется двухсторонняя, то количество переходов печатных проводников из слоя в слой кроме того, если возможно, то целесообразно выполнить равномерное распределение масс навесных элементов по поверхности печатной платы. Элементы с наибольшей массой следует устанавливать вблизи мест механического крепления платы.

Размещение навесных электрорадиоэлементов проводилось в пакете прикладных программ P-CAD комбинированно автоматическим и ручным способом.

3.2 Расчет печатного монтажа

Проведем расчет печатного монтажа платы устройства управляющего. Исходными данными для расчета являются: толщина проводника , максимальный ток, протекающий по шине питания , максимальная длина проводника , допустимое падение напряжения на проводниках , размеры печатной платы 110´170 мм, максимальный диаметр выводов устанавливаемых ЭРЭ , расстояния между выводами микросхемы .

1.  Выбираем для изготовления ПП позитивный комбинированный метод, плата должна соответствовать третьему классу точности по ОСТ 4.010.022-85.

2.  Определяем минимальную ширину, мм, печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления:

             (3.1)

где максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках, А, ;

допустимая плотность тока, А/мм², ;

толщина проводника, мм, .

3. Определяем минимальную ширину проводника, мм, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

           (3.2)

где удельное объемное сопротивление, Ом×мм²/м, ;

длина проводника, м, ;

допустимое падение напряжения на проводниках, В, .

4. Определяем номинальное значение диаметров монтажных отверстий :

        (3.3)

где максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия, мм, ;

разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ, мм, .

5. Рассчитываем диаметр контактных площадок. Минимальный диаметр, мм, контактных площадок для ДПП, изготовляемых комбинированным позитивным методом:

при фотохимическом способе получения рисунка

           (3.4)

где минимальный эффективный диаметр площадки;

– толщина фольги, мм, .

     (3.5)

где расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки, мм, ;

допуски на расположение отверстий и контактных площадок /1/;

максимальный диаметр просверленного отверстия:

                (3.6)

где допуск на отверстие, мм, ;

максимальный диаметр контактной площадки:

                   (3.7)

6. Определяем ширину проводников. Минимальная ширина проводников, мм, для ДПП изготовляемых комбинированным позитивным методом:

при фотохимическом способе получения рисунка

     (3.8)

где минимальная эффективная ширина проводника,мм,

Максимальная ширина проводников

         (3.9)

7. Определяем минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой

          (3.10)         

где расстояние между центрами рассматриваемых элементов, мм, ;

– допуск на расположение проводников /1/,мм, .

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками

       (3.11)         

Минимальное расстояние между двумя проводниками

   (3.12)

Учитывая технологические возможности принимаем:

-ширину проводника печатной платы для цепей питания 0,8 мм;

-ширину проводника для сигнальных цепей 0,5 мм;

-диаметр контактной площадки 2,2 мм.

4. Конструкторские расчеты

 

4.1 Расчет надежности по внезапным отказам

Прикидочный расчет.

Расчет надежности блока автоматизированного управления связью коротковолнового радиопередатчика имеет свои характерные особенности ввиду специфики его применения, связанной с тем, что данное устройство относится к возимым РЭС. Блок управления используется в климатических условиях с температурой от минус 20 до плюс 40 °С и средней влажностью 60%.

Для проектируемого блока управления характерны следующие отказы:

– потеря работоспособности из-за старения или выхода из строя используемых электрорадиоэлементов (ЭРЭ);

– нарушение соединения в местах пайки или в разъемах;

– нарушение условий эксплуатации, например использование при очень высоких или очень низких температурах, при высокой влажности воздуха, падение блока или воздействие повышенной вибрации;

– выход из строя блока питания;

– отслаивание дорожек ПП из-за старения материала.

В начале для определённого класса объектов выбирается один из типов показателей надёжности: интервальный, мгновенный, числовой, [8]. Выбираем, с учетом вида объекта (ремонтируемый с допустимыми перерывами в работе), числовые показатели надежности, т.е. m_t – средняя наработка между отказами, m_B – среднее время восстановления объекта, К_Г – коэффициент готовности. Таким образом, при конструкторском проектировании РЭС не требуется рассчитывать все ПН, необходимо, прежде всего, определить вид объекта и выбрать те ПН, которые наиболее полно характеризуют надёжностные свойства разрабатываемого объекта.

Для дальнейшего выбора показателей надежности установим шифр из четырёх цифр, по рекомендации [8]: 2431. Что соответствует:

первая цифра: признак, ремонтопригодность — ремонтируемый (2),

вторая цифра: признак, ограничение продолжительности эксплуатации — до достижения предельного состояния (4),

третья цифра: признак, временной режим использования по назначению — циклически нерегулярный (3),

четвертая цифра: признак, доминирующий фактор при оценке последствий отказа – факт выполнения или не выполнения изделием заданных ему функций в заданном объеме(1).

Исходя из этих данных [8] определяются показатели надежности. Полученные результаты сравниваем с [8]. Окончательно получаем, что в связи с тем, что приёмник ремонтируемый, восстанавливаемый, с допустимыми перерывами в работе, то ПН будут m_t, m_в, К_г, Т. е. мы выбрали числовые ПН: наработку на отказ – m_t, среднее время восстановления объекта – m_в, коэффициент готовности – К_г.

Ответственным этапом в проектировании надёжности РЭА является обоснование норм, т. е. допустимых значений для выбранных показателей надежности. Это объясняется следующими причинами. Во-первых, от правильности результатов данного этапа зависит успех и смысл всех расчётов надёжности, т. к. здесь мы определяем, какое значение показателей надежности можно считать допустимым. Во-вторых, нет общих правил и рекомендаций для установления норм надёжности различных объектов, многое зависит от субъективных факторов и опыта конструктора. В-третьих, любая ошибка на данном этапе ведёт к тяжёлым последствиям: занижение нормы ведёт к повышению потерь от ненадёжности, завышение – от дороговизны. Итак, из [8] мы определяем исходя из группы аппаратуры по ГОСТ 16019–78 – возимая на автомобилях; по числу ЭРЭ (1001 — 2000), что m_t допустимая равна 4000 часов.

Надёжность РЭА в значительной степени определяется надёжностью элементов электрической схемы (ЭЭС) и их числом. Поэтому точность расчёта ПН проектируемого объекта относительно отказов, обусловленных нарушениями ЭЭС, имеет большое значение. Заметим, что к ЭЭС следует относить места паек, контакты разъёмов, крепления элементов и т. д. При разработке РЭА можно выделить три этапа расчёта:

— прикидочный расчёт,

— расчёт с учётом условий эксплуатации,

— уточнённый расчёт.

Прикидочный расчёт проводится с целью проверить возможность выполнения требований технического задания по надёжности, а также для сравнения ПН вариантов разрабатываемого объекта. Прикидочный расчёт может производиться, и когда принципиальной схемы ещё нет, в этом случае количество различных ЭЭС определяется с помощью объектов аналогов. Исходные данные и результаты расчёта представлены в таблице 4.1. По данным таблицы рассчитываются граничные и средние значения интенсивности отказов, а также другие показатели надёжности.

Рассмотрение надежности блока берем коммутатор приемных цепей. Он предназначен для коммутации информационных цепей, приема и формирования сигналов управления в блоке БАУС.

Таблица 4.1 – Исходные данные для прикидочного расчета надежности РЭА

Произведём вычисления:

 (4.1)

 (4.2)

 (4.3)

, (4.4)

, (4.5)

, (4.6)

. (4.7)

Расчёт с учётом условий эксплуатации

Учитывает влияние механических воздействий, высотности и климатических факторов. Производится с помощью поправочных коэффициентов для интенсивностей отказов по формуле

            (4.8)

где  интенсивность отказов j – го элемента в номинальном режиме, 1/ч;

 коэффициент, учитывающий одновременное воздействие вибрации и ударных нагрузок;

 коэффициенты, учитывающие соответственно воздействие климатических факторов и высоты.

Обозначим произведение поправочных коэффициентов для j – го

элемента через , тогда

,                   (4.9)

Из приложения 3 [8] найдем значения поправочных коэффициентов.

Т.к. блок автоматизации управления связью относится к возимой на автомобиле аппаратуре, используемой в лабораторных условиях,

климатические факторы:

температура 15¸35 °С, влажность 65%,

высота расположения аппарата 0¸2 м, следовательно .

В итоге получаем общий производный коэффициент , следовательно, условия эксплуатации не оказывают влияние на интенсивность отказов.

Таблица 4.2 – Данные для расчета надежности с учетом условий эксплуатации

Номер и наименование элемента	Количество элементов j-го типа	Интенсивность отказов оj 106, 1/час	Поправочные коэффициенты						Интенсивность отказов с учетом условий эксплуатации, njkэ
			k1j	k2j	k1,2j	k3j	k4j
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1. Резисторы
Блок Б19К–2	4	0,18	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,828
С2–33	18	0,02	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,414
2. Конденсаторы									0
К-53-18	2	0,33	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,759
К10-17а	6	0,15	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	1,035
К50-29	2	0,035	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,0805
Окончание таблицы 4.2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
3.Микросхемы
588	5	0,1	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,575
564	9	0,1	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	1,035
249	4	0,02	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,092
156	2	0,04	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,092
4. Диоды	8	0,2	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	1,84
5.Транзисторы	4	0,5	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	2,3
6. Реле	50	0,03	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	1,725
7. Вилка	1	0,1	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,115
8.Основание ПП	1	0,83	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	0,9545
9. Пайка	300	0,02	1,35	1,08	1,46	1	1	1,46	6,9

Из таблицы 4.2 получаем, что

, (4.10)

, (4.11)

. (4.12)

Уточненный расчет

Учитывается отклонение электрической нагрузки ЭРЭ и их окружающей среды от номинального значения.

Интенсивность отказов элементов j-го типа уточненная  и всей схемы  рассчитываются по формулам

                     (4.13)

          (4.14)

где  поправочный коэффициент, определяемый как функция коэффициента .

Коэффициенты нагрузки для резисторов определяются по формуле

                      (4.15)

где P – средняя мощность, рассеиваемая на резисторе, Вт;

P_доп – допустимая мощность, рассеваемая на резисторе, Вт.

Для резисторов R1, R2, R17, R18 максимальная рассеиваемая мощность при напряжении питания  составляет

       (4.16)

 (4.17)

Для резисторов R3¸R16, R19¸R22 максимальная рассеиваемая мощность при напряжении питания  составляет

 (4.18)

 (4.19)

Коэффициенты нагрузки для конденсаторов рассчитываются по формуле

          (4.20)

где постоянное напряжение на конденсаторе, В;

амплитуда импульсного напряжения, В;

амплитуда переменной составляющей напряжения, В;

номинальное напряжение на конденсаторе, В.

C1 – С3, С10:

 (4.21)

C4...C9:

 (4.22)

Для диодов коэффициент нагрузки берется с учетом коэффициентов по прямому току , обратному току  и напряжению , т. е.

                  (4.23)

.

Для остальных ЭРЭ  возьмем из таблицы 4 [8]

Реле: ;

Вилка:

Микросхемы: .

Все данные занесем в таблицу 4.3

Таблица 4.3 – Исходные данные для уточненного расчета.

 1/ч, (4.24)

ч, (4.25)

 . (4.26)

Расчёт надёжности с учётом других видов отказов

Примем к расчёту, что отказы родственных РЭА показывают, что 60 % всех отказов вызвано нарушениями ЭРЭ принципиальной схемы, 30 % - ошибками конструкции и 10 % - нарушениями технологии изготовления и сборки. В этом случае

, (4.27)

где К_к и К_т – поправочные коэффициенты, (их величина выбирается по рекомендации [8]) учитывающие увеличение интенсивности за счёт ошибок в конструкции и нарушений технологии соответственно. Коэффициенты К_к и К_т:

; (4.28)

 (4.29)

Тогда,

1/ч.

Рассчитаем надежность блока

Надежность блока с учетом разного количества элементов на плате находится по формуле:

 ,         (4.30)

где - интенсивность отказа блока, 1/ч;

- количество элементов i-й платы, шт.;

- количество элементов рассчитанной платы, шт.;

- интенсивность отказов рассчитанной платы, шт.

Учитывая, что платы в блоке имеют практически одинаковое число элементов, т.е. отношение, учитывающие отличие плат по количеству элементов, отличается от единицы на величину не более ± 0,04, следовательно, можно пренебречь и допустить, что все платы имеют одинаковое количество элементов. Исходя из этого, рассчитаем надежность блока:

;

 (4.31)

; .

 (4.32)

Сравним с нормой: 4432,62 > 4000 ч. По полученным данным можно сделать вывод, что блок автоматизированного управленья связью по наработке на отказ может эксплуатироваться, но, учитывая не значительное превышение средней наработки над допустимой наработкой, во время эксплуатации следует не пренебрегать техническим осмотром блока.

4.2 Расчет теплового режима

Исходные данные: размер корпуса

величины воздушных зазоров между нагретой зоной, нижней и верхней поверхностью корпуса  между нагретой зоной и боковыми поверхностями корпуса

температура окружающей среды

Определение температуры корпуса.

Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса блока,

             (4.33)

где мощность, рассеиваемая блоком в виде теплоты, Вт, ;

S_к площадь внешней поверхности корпуса блока.

    (4.34)

По графику на рис. 4.10 [12] задаемся перегревом корпуса блока в первом приближении .

Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней , боковой  и нижней  поверхностей корпуса:

        (4.35)

где степень черноты й наружной поверхности корпуса, .

Для определяющей температуры

               (4.36)

рассчитываем число Грасгофа  для каждой поверхности корпуса:

                      (4.37)

где b_m – коэффициент объемного расширения газов;

ускорение свободного падения, м×с^-2, ;

определяющий размер й поверхности корпуса;

кинетическая вязкость газа [12], м²/с, ;

     (4.38)

для боковой поверхности

для верхней поверхности

для нижней поверхности

Определяем число Прандтля  из таблицы 4.10 [12] для определяющей температуры .

Находим режим движения газа, обтекающего каждую поверхность корпуса:

режим переходный к ламинарному.

Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока :

         (4.39)

где теплопроводность воздуха [12], Вт/(мК), ;

коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса.

для нижней поверхности

для боковой поверхности

для верхней поверхности .

Определяем тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой :

   (4.40)

где , , площади нижней, верхней и боковой поверхностей корпуса соответственно, м²:

                           (4.41)

                     (4.42)

Рассчитываем перегрев корпуса блока РЭА во втором приближении :

             (4.43)

где коэффициент, зависящий от перфорации корпуса блока, ;

коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды, ;

                     (4.44)

где S_П – площадь перфорационных отверстий, ;

Определяем ошибку расчета

                            (4.45)

Рассчитываем температуру корпуса блока

                             (4.46)

Определение средне поверхностной температуры нагретой зоны.

1.  Вычисляем условную удельную поверхностную мощность нагретой зоны блока :

       (4.47)

где мощность, рассеиваемая в нагретой зоне, Вт.

,                            (4.48)

где мощность, рассеиваемая в элементах, установленных непосредственно на корпус блока, Вт.

Из графика на рисунке 4.13 [12] находим в первом приближении перегрев нагретой зоны относительно температуры окружающей блок среды .

Определяем коэффициент теплообмена излучением между нижними , верхними  и боковыми  поверхностями нагретой зоны и корпуса:

,        (4.49)

;

;

;

где приведенная степень черноты й поверхности нагретой зоны и корпуса:

;          (4.50)

;

;

;

 и степень черноты и площадь й поверхности нагретой зоны.

Для определяющей температуры  и определяющего размера  находим числа Грасгофа  и Прандтля :

                                     (4.51)

где коэффициент объемного расширения газов, ;

ускорение свободного падения, м/с², ;

кинетическая вязкость газа таблица 4.10 /3/,м²/с, .

для боковой поверхности корпуса

для верхней поверхности

для нижней поверхности

 для

Рассчитываем коэффициенты конвективного теплообмена между нагретой зоной и корпусом для каждой поверхности:

для нижней поверхности

                     (4.52)

для верхней поверхности

                      (4.53)

для боковой поверхности

               (4.54)

Определяем тепловую проводимость между нагретой зоной и корпусом:

        (4.55)

где коэффициент, учитывающий кондуктивный теплообмен:

                   (4.56)

удельная тепловая проводимость от модулей к корпусу блока;

площадь контакта рамки модуля с корпусом блока.

Рассчитываем нагрев нагретой зоны  во втором приближении:

            (4.57)

где коэффициент, учитывающий внутреннее перемешивание воздуха;

 коэффициент, учитывающий давление воздуха внутри блока.

Определяем ошибку расчета

            (4.58)

Рассчитываем температуру нагретой зоны

                             (4.59)

Температура нагретой зоны t_з не превышает допустимой температуры эксплуатации выбранной элементной базы согласно 2.3. Проведенный расчет показал, что для охлаждения проектируемого изделия рациональной является система, основанная на естественном воздушном охлаждении.

4.3 Расчет технологичности блока

Технологическая подготовка производства

Технологическая подготовка производства включает в себя решение задач, группируемых по следующим основным направлениям:

—    обеспечение технологичности конструкции изделия;

—    проектирование технологических процессов;

—    проектирование и изготовление средств технологической оснастки.

—    организация и управление процессом технологической подготовки производства.

Таким образом, охватывает весь необходимый комплекс работ по технологической подготовке производства, в том числе конструктивно-технологический анализ изделий, организационно-технологический анализ производства, расчет производственных мощностей, составление производственно-технологических планировок, определение материальных и трудовых нормативов, отладку технологических процессов и средств технологического оснащения.

Проектируемые технологические процессы согласно ГОСТ 14.301–73 для проектирования деталей, конструкции которых отработаны на технологичность. Для этой цели ГОСТ 2.121–73 ЕСКД и ГОСТ 14.201–73 ЕСТП предусматривают технологический контроль конструируемой документации на всех стадиях разработки: ТЗ, техническое предложение, эскизный проект, технологический проект, рабочая документация.

Обязательным этапом, предшествующим проектированию технологических процессов, согласно ГОСТ 14.301–73 является группирование изделий по конструктивным и технологическим признакам с учетом организации производства. Проектирование технологических процессов в общем случае включает комплекс взаимосвязанных работ:

—    выбор заготовок;

—    выбор технологических баз;

—    подбор типового технологического процесса;

—    определение, выбор и задание новых средств технологического оснащения;

—    назначение и расчет режимов обработки;

—    нормирование технологического процесса;

—    определение профессий и квалификаций исполнителей;

—    организация производственных участков;

—    оформление рабочей документации на ТП.

В технологии производства РЭА используются процессы, свойственные машино- и приборостроению: литье, холодная штамповка, механическая обработка, гальванические и лакокрасочные процессы.

Важной задачей технологов является обеспечение в производстве заданной точности линейных размеров изделий. Для технологии РЭА это еще не достаточно. Наряду с линейными размерами должны быть обеспечены многие технические параметры аппаратуры, работающей на различных частотах. Нетрудно показать, насколько усложняется технология с повышением частоты, на которой работает аппаратуры.

Расчет комплексного показателя технологичности

Под технологичностью конструкции изделия понимают совокупность свойств конструкции изделия проявляемых в возможности оптимальных затрат труда, средств, материалов и времени при технической подготовки производства, изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими показателями однотипных конструкций изделий того же назначения. При обеспечении установленных значений показателей качества и принятых условий изготовления, эксплуатации и ремонта.

В зависимости от вида технологичности конструкции различают производственную, эксплуатационную, ремонтную технологичность и технологичность при техническом обслуживании, технологичность конструкции детали и сборочной единицы, а также технологичность конструкции по процессу изготовления, форме поверхности и размерам и материалам.

К качественным характеристикам технологичности конструкции относят взаимозаменяемость, регулируемость и инструментальную доступность конструкции. Количественная оценка технологичности конструкции основана на системе показателей, которые согласно ГОСТ 14.201–73 делятся на три вида:

—    базовые показатели надежности;

—    показатели технологичности конструкции;

—    показатели уровня технологичности конструкции разрабатываемого изделия.

Производственная технологичность конструкции проявляется в сокращении затрат средств и времени на конструкцию и технологическую подготовку производства и процесс изготовления.

Эксплуатационная технологичность проявляется в сокращении затрат средств и времени на технологическое обслуживание изделия.

Количественная оценка технологичности блока устанавливается по ОСТ4.ГО.091.219. Стандарт использует две оценки технологичности: систему относительных частных показателей К_i и комплексный показатель К_и рассчитываемый по средневзвешенной величине относительных частных показателей с учетом коэффициента φ_i – характеризующих весовую значимость частных показателей, т.е. степень их влияния на трудоемкость.

 , (4.60)

К_i – значение показателей по таблицы состава базовых показателей соответствующего класса балов; φ_i – функция нормирующая весовую значимость показателя; S – общее количество относительных частных показателей, шт.

Отраслевой стандарт ОСТ4.ГО.091.219 предусматривает выбор базовых показателей не более 7. В выбираемые должны включатся показатели, оказавшие наибольшее влияние на технологичность конструкции. Все блоки РЭА разбиты условно на семь классов: электронные, радиотехнические, электромеханические, механические, соединительные, коммутационные, распределительные.

Проектируемый блок относится к радиотехническим блокам, следовательно, для него по рекомендации [1] рассчитываются следующие частые показатели К_i:

Коэффициент подготовки ЭРЭ к монтажу:

 (4.61)

φ=1, Н_МПЭРЭ – количество ЭРЭ, шт., подготовка которых может осуществляться механизированным или автоматизированным способом; Н_ЭРЭ – количество ЭРЭ в блоке, шт.

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия:

 (4.62)

φ=1, Н_АМ – количество монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом, шт; Н_М – общее количество монтажных соединений, шт.

Коэффициент сложности сборки:

 (4.63)

φ=0,75, Е_ТСЛ – количество типоразмеров узлов входящих в изделие, требующих регулировки в составе изделия с применением специальных устройств, либо подгонки или совместной обработки с последующей разборкой и повторной сборкой, шт; Е_Т – общее количество типоразмеров в изделии, шт.

Коэффициент механизации контроля и настройки:

 (4.64)

φ=0,5, Н_КМН – количество операций контроля и настройки, которые можно осуществить механизированным или автоматизированным способом, шт; Н_КН – общее количество операций контроля и настройки, шт.

Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:

 (4.65)

φ=0,31, Д_ПР – количество деталей, шт., заготовка которых или сами детали получены прогрессивными методами формообразования, шт; Д – общее количество деталей, шт.

Коэффициент повторяемости ЭРЭ:

 (4.66)

φ=0,187, Н_ТЭРЭ – общее количество типоразмеров ЭРЭ в изделии, шт; Н_ЭРЭ – общее число ЭРЭ, шт.

Коэффициент точности обработки:

 (4.67)

φ=0,11, ДТЧ – количество деталей, имеющие размеры с допусками по 10 квалитету и выше, шт.

Таблица 4.4 – Данные для расчета частных показателей технологичности.

Наименование	Обозначение	Значение
1	2	3
1.Общее количество ЭРЭ, шт.	НЭРЭ	1050
2.Общее количество типоразмеров ЭРЭ в изделии	НТЭРЭ	15
3.Количество типоразмеров узлов требующих регулировки	ЕТСЛ	4
4.Общее количество типоразмеров узлов в изделии	ЕТ	17
5.Количество деталей, шт., имеющих размеры по 10 квалитету и выше	ДТЧ	50
6.Общее количество деталей	Д	400
7.Количество деталей, шт., изготавливаемых прогрессивными методами	ДПР	300
Окончание таблицы 4.4
1	2	3
8.Количество ЭРЭ, шт., подготовка, которых может осуществляться автоматизировано	НМПЭРЭ	850
9.Количество монтажных соединений, осуществляемых автоматизировано	НАМ	2200
10.Количество монтажных соединений	НМ	2500
11.Количество операций контроля и настройки осуществляемых автоматизировано	НМКН	5
12.Общее количество операций контроля и настройки	НКН	10

По формулам 4.61 – 4.67 рассчитаем частные показатели технологичности:

Коэффициент подготовки ЭРЭ к монтажу:

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия:

Коэффициент сложности сборки: