Iб
(Uк
) Uб
(Uк
) Iк
(Uб
(Uк
)) Iк
(Uк
)
Рисунок 1 - Алгоритм преобразования систем ЭФФ
В результате реализации алгоритма, рисунок 1, находятся ЭФФ преобразованных ВАХ, чтобы определить ФФ этих ВАХ необходимо вычислить соответствующие ПФФ, которые можно вычислить по табличным значениям ФФ. Исходными данными для расчета являются табличные значения ЭФФ.
Рассмотрим алгоритм формирования табличных значений ФФ для плана 34-2
. Пусть fij
– элементы ЭФФ, где i=1,4 – индекс фактора, а j=1,3 – индекс уровня фактора. Если принять, что при i=1 фактор изменяется по строкам матрицы планирования (МП), i=2 – по столбцам, i=3 – по диагонали справа-налево и i=4 – по диагонали слева-направо, то обозначив символом ykl
элементы МП, где k=1,3 и l=1,3 получим условия для определения системы уравнений, достаточных для определения элементов ykl
по известным элементам fij
.
Из теории планирования эксперимента известно, что утроенные значения fkl
равны сумме элементов yij
по фиксированному уровню фактора i.
Тогда для полиминальной модели исходные системы уравнений имеют вид для первого фактора
3f11
=y11
+y12
+y13
; 3f21
=y21
+y22
+y23
; 3f23
=y31
+y32
+y33
, (3.14)
для второго фактора
3f21
=y11
+y21
+y31
; 3f22
=y12
+y22
+y32
; 3f23
=y13
+y23
+y33
, (3.15)
для третьего фактора
3f31
=y11
+y22
+y33
; 3f32
=y12
+y23
+y13
; y33
=y13
+y21
+y32
, (3.16)
и для четвертого фактора
3f41
=y31
+y22
+y13
; y42
=y11
+y23
+y32
; y21
=y12
+y33
. (3.17)
Алгоритм определения преобразованной МП по табличным значениям ЭФФ сводится к вычислению этих yij
этой МП по формулам, полученным в результате совместного решения систем (3.14)-(3.17):
y31
=f41
+ f21
+ f32
- f11
- f12
; (3.18)
y32
=f33
+ f42
+ f22
- f11
- f12
; (3.19)
y21
=f33
+ f21
+ f24
- f11
- f13
; (3.20)
y13
=3f33
- y21
- y32
; (3.21)
y12
=3f22
- 3f41
- y32
+ y13
+ y31
; (3.22)
y23
=3f32
– y12
- y31
; (3.23)
y11
=3f11
– y12
– y13
; (3.24)
y22
=3f12
- y21
- y32
; (3.25)
y33
=3f13
– y31
- y32.
(3.26)
При полиминальной модели (ФФ представляет собой произведение ЭФФ) также используют формулы (3.18)-(3.26), но для логарифмированных табличных значений ФФ.
Для аттестации параметров модели Эберса-Молла необходимо определить уравнения (2.18) для инверсного включения транзистора. Дополнительные данные для определения этой модели или ее корректировки могут быть получены при определении переходов база-эммитер и база-коллектор согласно схемам, рисунки 3.2 и 3.3.
Рисунок 3.2 - Измерение ВАХ в нормальном режиме
Рисунок 3.3 - Измерение ВАХ в инверсном режиме.
Регистрируются напряжения Uк
, Uб
, которые падают на образцовых резисторах R0k
, R0б
. Соответственно токи Iк
, Iб
рассчитываются по формулам.
Ток Ik
служит для контроля режима измерения, если электропитание проводится от источника тока. В процессе реализации измерительного процесса необходимо руководствоваться сведениями о структуре РЭ, приведенными в п. 2.2-2.3.
3.1.2 Измерение динамических параметров
Рассмотрим условия реализации принятого машинно-ориентированного способа измерения линейных параметров многополюсника.
Согласно этому способу, сущность которого приведена в работах /9/, для определения Y-матрицы многополюсника необходимо выполнить измерение матрицы Uo напряжений холостого хода согласно схеме, рисунок 3.4а, на которой изображены: источник синусоидального напряжения Ei, многополюсник эквивалентный паразитным параметрам измерительной цепи с матрицей проводимости Yo. Источник Ei подключен к i-му входу-полюсу через комплексное сопротивление Zi, а остальные полюсы-входы нагружены на комплексные сопротивления Zj (j=1).
Индексами i и j обозначены точки подключения измерительного прибора, а именно пробник измерительного канала векторного вольтметра.
Согласно рисунку 3.4а при отсутствии измеряемого многополюсника (ИМП) и поочередном подключении последовательно к каждому резистору Zi источника Ei измеряют диагональные Uii и недиагональные Uoji компоненты матрицы Uo. Затем при поочередном подключении образцовой Yoi меры последовательно к каждому источнику Ei с внутренним сопротивлением Zi (рисунок 3.5б) измеряют напряжение Uoi - элемент вектора калибровочных напряжений Uk. Операции измерений матрицы Uo и вектора Uk опорных и калибровочных напряжений осуществляется n`+n раз, где n- число активных входов многополюсника по переменному току. На этом процесс калибровки измерительной схемы завершается. В результате определяется информация достаточная для учета влияния паразитных параметров эквивалентного многополюсника Yo.
Рабочий цикл измерения производится согласно рисунку 3.5. В этом случае параллельно схеме рисунок 3.5а подключают измеряемый многополюсник с матрицей проводимости Yo. В результате измерительные цепи оказываются нагруженными эквивалентным многополюсником с матрицей проводимости Yo, которую можно рассчитать по формуле
Yo = Y + Yo . (3.29)
Затем производится измерение элементов Uji матрицы U нагруженного режима таким же способом, как и измерение элементов матрицы Uo опорных напряжений. Переключение источника Ei производится n раз и определяются n` напряжений.
Измерение параметров многополюсника
а - измерение элементов матрицы Uo опорных напряжений;
б - измерение элементов вектора Uk калибровочных напряжений;
в - измерение элементов матрицы и нагруженного режима
Рисунок 3.4 - Измерение параметров многополюсника
Элементы матрицы Uo, U и вектора Uk используются для расчета матриц передачи Ко холостого хода и К нагруженного режима.
Элемент матрицы Ко рассчитывают по формуле
, (3.30)
а элемент матрицы К - по формуле
, (3.31)
где Yп - полная проводимость входной цепи пробника измерительного
канала векторного вольтметра.
В работе /1/ показано, что Y- матрица измеряемого многополюсника может быть определена в результате решения матричного уравнения
Y = 2(K-1
– Ko-1
), (3.32)
где -1 - знак обращения матриц К и Ко.
Для случая двухполюсника
n = 1 (3.33)
имеем
i = 1; j = 0. (3.34)
Очевидно, что при условиях (3.33), (3.34) имеем:
коэффициенты матриц Ко и К с индексами j не имеют смысла;
− всего аттестуются один коэффициент по формуле (3.30) и один коэффициент по формуле (3.31);
− индекс i не имеет смысла, так как n = 1, матричное уравнение (3.32) превращается в простое алгебраическое;
− для определения полной проводимости Y двухполюсника достаточно выполнить согласно рисунку 3.5 измерение трех напряжений: Uo холостого хода (рисунок 3.5а), Uk калибровки (рисунок 3.5б) и U нагруженного режима (рисунок 3.5в).
С учетом (3.32) - (3.33) и отмеченных замечаний из формул (3.30) - (3.31) приходим к формулам
, (3.35)
а - измерение напряжения Uo холостого хода;
б - измерение напряжения Uk калибровки при нагрузке схемы образцовой
мерой Yk;
в - измерение напряжения U при нагрузке схемы измеряемым
двухполюсником Y
Рисунок 3.5 - Измерение двухполюсника
, (3.36)
Подставляя коэффициенты Ко и К в уравнение (3.32) с учетом замечания (3.33) получаем формулу для расчета аттестуемой проводимости Y.
, (3.37)
Таким образом, для определения полной проводимости (сопротивления) двухполюсника достаточно выполнить измерения трех напряжений согласно схемам (рисунок 3.5). При этом справедливы следующие условия:
− измерительный процесс легко автоматизировать, так как при его
реализации не требуется производить подстроечные операции;
− из трех тестов два (при регистрации напряжений Uo и Uk) являются калибровочными и при массовых измерениях на фиксированной частоте производятся только один раз;
− при выполнении предыдущего условия процесс измерения сводится к регистрации одного напряжения U с последующим расчетом по формуле (3.37);
− при диапазонных измерениях операции по калибровке можно свести к определению четырех вещественных функций, которые определяют модуль напряжения Uo
Uo = Uo(); (3.38)
аргумент напряжения Uo
=
; (3.39)
модуль напряжения Uk
Uk = Uk(); (3.40)
и аргумент напряжения Uk
К
= К
; (3.41)
где - угловая частота.
При использовании стабильной измерительной аппаратуры операции по определению функций (3.38) - (3.40) можно выполнить один раз, так функции (3.36) - (3.37) определяются в режиме холостого хода или при перестановке нагрузки и их зависимость от частоты не будет сложной. В большинстве случаев эти функции можно выразить через уравнения первого или второго порядка. Для их идентификации необходимо выполнить измерения в двух - трех точках заданного частотного диапазона.
Процесс определения АЧХ и ФЧХ двухполюсника может быть сведен к измерению модуля и фазы напряжения U согласно схеме рисунок 3.5в; определения по АЧХ и ФЧХ напряжений Uo и Uk на измеряемой частоте; определение модуля и аргумента проводимости Y на частоте измерения; выполнение аналогичных измерений на всех дискретных точках частотного диапазона, определенных планом эксперимента; вычисление АЧХ и ФЧХ проводимости Y двухполюсника; обработка АЧХ и ФЧХ для определения интересующих пользователя параметров, наблюдения на экране дисплея графиков и т.п.
При реализации измерений согласно принятых методам следует учитывать специфику измерительных цепей, в котором эти измерения проводятся.
3.2 Структурная схема тестера
Структурная схема тестера приведена на рисунке 3.6.
Тестер содержит устройство интерфейса (УИ) и измерительно-контрольное устройство (ИКУ). Блок УИ предназначен для обмена информацией с персональным компьютером (ПК) в процессе управления тестером, обработки сигналов непосредственного управления ИКУ, а также управление приборами, агрегатированными в стойку программированных измерительных приборов (СПИП).
Объект измерения (ОУ) подключается к выходу ИКУ. Сигналы возбуждения ОУ и отклики на них поступают и воспринимаются приборами стойки СПИП через коммутаторы электрических сигналов расположенных в ИКУ.
СПИП
ПК УИ ИКУ ОИ
Рисунок 3.6 - Структурная схема тестера
3.3 Устройство интерфейса
Блок УИ сконструирован на основе микропроцессорного устройства, через которое командами с порта COM1 ПК типа IBM PC управляет:
− через первый ЦАП генератором тока в интервале от 1 до 100 мА при измерении транзисторов;
− через второй ЦАП источником опорного напряжения, который служит для регулировки напряжения транзистора;
− через третий ЦАП устройством регулировки температуры.
Управление ЦАП производится через первый – третий регистры. Остальные три регистра предназначены для управления программируемым генератором синусоидальных сигналов (ПГСС), коммутации цепей, контроля статических режимов ОИ, коммутации цепей измерения и контроля динамического режима ОИ.
Регистрация измеряемых сигналов осуществляется АЦП, управление которым осуществляется программно от ПК.
На ИКУ с выходов УИ поступают сигналы постоянного тока, которые определяют режим ОИ и коды управления коммутаторов контроля статического и динамического режимов ОИ.
Полезная информация поступает с выхода ИКУ в виде аналогового сигнала постоянного тока, который преобразуется в цифровой сигнал АЦП и подаётся на ПК для дальнейшей обработки.
3.4 Измерительно-контрольное устройство (ИКУ)
3.4.1 Электрическая схема ИКУ
Схема электрическая соединений ИКУ представлена на МК 3.097.002 Э4. ИКУ составляет собой четыре модуля: измерительная головка (ИГ), модуль А1, плата управления и контроля статическим и динамическим режимами тестера (ПУиК), модуль А2, нагрузка коллекторная, модуль А3, нагрузка базовая, модуль А4.
Устройство ИГ (МК 5.192.006 Э3) представляет собой держатель ОИ, на котором установлены: гнездо для подключения измерительного канала векторного вольтметра (ВВ); контакты для подключения собственно ОИ; вилка разъёма для подключения ИГ к ПУиК. При измерении четырёхполюсных РЭ ИГ содержит реле для подключения ВВ к входу или выходу ОИ.
Электрическая схема ПУиК приведена на МК 5.064.001 Э3.
Плата управления и контроля статическим и динамическим режимами тестера (ПУиК) содержит:
коммутатор контроля динамических и статических контролируемых
сигналов (ККС) на реле К1-К8;
коммутатор динамических режимов (КДР) на реле К9-К12;
розетка разъема Х1 для подключения измерительной головки (ИГ);
розетка разъема Х2 для подключения развязывающих ВЧ усилителей (РУ) ;
розетка разъема Х3 для подключения измерительного усилителя (ИУ);
розетка разъема Х4 для подключения блока стабилизации температуры (БСТ);
розетка разъема Х5 для подключения блока стабилизации режима транзистора (БСР);
резистор R1 для контроля режима базы;
резистор R2 для контроля режима коллектора;
резисторы R3,R4 для согласования цепи ВЧ сигнала;
резисторы R5-R7, R8-R10 и R11-R13 для ослабления сигнала;
конденсаторы С1-С10 для блокировки ВЧ сигналов в цепях питания транзистора по постоянному току;
конденсаторы С11-С12 для разделения цепей питания по переменному и постоянному току;
контакты 1а-24а, 1б-24б, 1с-10с и 1д-10д для подключения платы к внешним устройствам.
Устройство работает следующим образом:
ККС предназначен для измерения модулей сигналов на аналоговых выходах первого и второго векторных вольтметров (ВВ);
измерения разностей фаз на аналоговых выходах первого и второго ВВ;
измерения контроля напряжений Uк
, Uб
и токов Jк
, Jб
определяющих рабочую точку транзисторов при измерениях в активном режиме;
измерения напряжений Uб-к
,Uб-э
и соответствующих им токов Jк
, Jб
для аттестации параметров моделей Эберса-Молла;
измерения напряжения Uт
для определения температуры окружающей среды.
Состояние реле ККС приведены в таблице 3.2. С помощью КДР реализуются динамические тесты. При этом измеряют комплексные напряжения
,
,
,
,
холостого хода на базе транзистора, которые используют для калибровки аттенюатора собранного на реле К10-К12.
Реле К9 служит для подключения к выходу аттенюаторов. В нормальном положении сигнал подается на базу транзистора, в рабочем состоянии – на коллектор.
В режиме холостого хода измеряют напряжения
,
,
,
по которым производится калибровка ИГ.
В процессе измерения транзистор подключают к ИГ и измеряют напряжения
,
,
,.
Аттестируемые напряжения снимаются с базовой (
,
,
,
) или с коллекторной (
,
,
,
) цепи транзистора, путем подключения к этим цепям измерительного канала ВВ с помощью реле, расположенного в ИГ.
Таблица состояния реле К9-К12 представлена в таблице 3.3, в шестой колонке которой показаны состояния реле R1А, расположенного в ИГ.
Сигналы управления реле и электропитания по постоянному и переменному току поступают через жгуты, подключенные к контактам 1а-24а, 1б-24б, 1с-10с и 1д-10д.
Контакты (D0-D15) используются для управления реле.
Через контакты (М(Ф)ФК 2-12/1(2)) подключаются аналоговые выходы ВВ.
Контакты (РТ) используются для подключения терморезистора к схеме стабилизации температуры.
Контакты (Вх.1Т0
и Вх.2Т0
) используются для подключения датчика температуры.
Контакты (Вых.1 и Вых.2) используются для питания термоэлемента схемы БРТ.
Контакты (+15В. и –15В.) используются для питания по постоянному току.
Таблица 3.3 - Таблица состояния реле
Наименование
|
Реле
|
Примечание
|
9
|
10
|
11
|
12
|
R1А
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
U011
U010
U001
U000
U111
|
0
0
0
0
0
|
0
0
0
0
1
|
1
1
0
0
1
|
1
0
1
0
1
|
0
0
0
0
0
|
U011
U012
U021
U022
|
0
1
0
1
|
0
1
1
0
|
1
1
1
1
|
1
1
1
1
|
0
0
1
1
|
U11
U12
U21
U22
|
0
1
0
1
|
0
1
0
0
|
1
1
0
1
|
1
1
0
1
|
0
0
1
1
|
3.4.2 Обоснование элементной базы
В разработанном комплексе применены широко распространенные и дешевые радиоэлементы:
− в качестве операционных усилителей выбран самый дешевый из прецизионных ОУ К140УД17А с малым температурным и временным дрейфами нуля, высоким входным сопротивлением и коэффициентом ослабления синфазного сигнала;
− блокировочные конденсаторы применены типа КМ и К50-35 как наиболее дешевые и допустимые;
− резисторы применены типа МЛТ с допуском 10% , С1 с допуском ±5% и СП5 с допуском ±5%;
− транзисторы типа КТ603 как наиболее дешёвые и подходящие в данной ситуации.
3.4.3 Конструкция ИКУ
Конструкторская проработка ИКУ отражена в МК 3.097.002, МК 4.720.001, МК 4.720.002, МК 4.720.003, МК 5.064.001, МК 6.192.002, МК 6.192.003, МК 6.192.004, МК 6.192.005, МК 5.192.006, МК 5.030.001, МК 6.030.001 (смотри приложение Б). Применение функционально-блочного метода конструирование открывает перспективу развития конструкции, что особенно выгодно на этапе моделирования, повышает унифицированность и ремонтопригодность устройства.
ПУиК выполнена в виде отдельного настольного блока. Основные устройства подключаются к материнской плате, которая установлена на кассете, вставляемой в основание корпуса.
На лицевой панели кассеты расположено гнездо разъёма для подключения ИГ, ВЧ разъём СР-50 для подключения выхода ПГСС, два разъёма СР-50 для подключения опорного канала. На задней панели расположены четыре разъёма СР-50 для подключения аналоговых выходов ВВ, разъём СР-50 для подключения терморезистора, гнездо разъёма DB-25 для подключения управляющих сигналов реле и низковольтного питания устройства, гнездо разъёма для подключения датчика температуры, и два гнезда разъёма для подключения входа и выхода сети питания 220 В.
В конструктивном исполнении модули НБ, НК, УР, УИ представляют собой односторонние печатные платы, устанавливаемые на материнскую плату через соответствующие разъёмы.
При конструировании модулей УР, НБ, НК были приняты во внимание принципы ВЧ монтажа.
3.5 Измерительные головки
При конструировании ИГ были приняты во внимание принципы конструирования ВЧ устройств с тем, чтобы предельно уменьшить влияние паразитных параметров соединительных проводников.
Особую проблему представляла собой конструкция контактов для подключения измеряемых устройств из-за большого разнообразия конструкций выводов однотипных РЭ (транзисторов, диодов и т.д.) и типоразмеров корпусов для аналоговых ИС.
Особое внимание было уделено конструированию ИГ для СВЧ РЭ.
4 Расчётная часть
4.1 Расчет площади и габаритов материнской платы
Для расчета площади платы необходимо определить площадь, которую занимают ЭРЭ расположенные на ней и коэффициент заполнения платы по площади.
Коэффициент заполнения платы по площади (Кзп
) примем равным 0.3, тогда площадь платы можно определить по формуле
, (4.1)
где Si
- площадь каждого ЭРЭ.
Исходные данные для расчета площади платы приведены в табл.4.1.
Таблица 4.1 - Исходные данные для расчета площади платы ПК-2 .
Тип ЭРЭ
|
Количество, шт.
|
Размеры, мм
|
Площадь, мм2
|
Конденсаторы
|
12
|
2´12
|
288
|
Разъёмы
|
1
|
10´80
|
800
|
4
|
10´146
|
5840
|
Резисторы
|
13
|
4´10
|
520
|
Реле
|
16
|
6´12
|
1152
|
Всего
|
8600
|
Суммарная площадь, которую занимают ЭРЭ 9112 мм2
. Определим площадь платы ПК-2 по формуле (1)
Sпл
= 8600 / 0.3 = 28666.7 мм2
Так как материнская плата крепится на кассете, то оптимальными её размерами будут 210´140 мм.
С учётом того, что на плате оставляется место под резерв, размер материнской платы возьмём равным 303´140 мм.
4.2 Расчёт теплового режима блока
Расчет теплового режима блока проведём на ЭВМ по методике приведённой в /19/, текст программы приведён в /20/.
Исходными данными для расчета являются:
− мощность потребляемая блоком, Вт;
− размеры блока (L1,L2,L3), м;
− коэффициент заполнения блока по объёму;
− площадь перфорационного отверстия (м2
) и их количество (шт.);
− давление окружающей среды, МПа;
− температура окружающей среды, 0
С.
Рассчитаем коэффициент заполнения блока по объёму по формуле
, (1)
где Vэ
- суммарный объём элементов установленных в блоке, м3
;
V - объём блока, м3
.
Исходные данные для расчета:
− мощность потребляемая блоком Р = 3 Вт;
− размеры блока L1= 0,045м , L2 = 0,03 м , L3 = 0,008 м;
− рассчитаем коэффициент заполнения блока по объёму по формуле (1)
− давление окружающей среды Р=0,1 МПа;
− температура окружающей среды Т= 20 0С;
− площадь перфорационного отверстия S=0,0068 м2
.
Результаты расчета теплового режима блока:
− температура корпуса блока Тк
=20,19 0
С;
− температура нагретой зоны Тз
= 20,57 0
С;
− средняя температура воздуха в блоке Тв
= 20,32 0
С.
4.3 Расчет надёжности блока
Расчет надежности проведём на ЭВМ с помощью программы приведённой в /20/.
Исходные данные для расчета приведены в таблице 4.2.
Таблица 4.2 - Исходные данные для расчета надёжности.
№ типа
|
Тип ЭРЭ
|
Количество
|
Интенсивность отказов
*Е +6 ,1/ч
|
Коэффициент
нагрузки
|
1
|
Конденсаторы КМ1
|
10
|
0,075
|
0,5
|
2
|
Конденсаторы КМ-5б
|
2
|
0,075
|
0,5
|
3
|
Пайка
|
300
|
0,05
|
0,5
|
4
|
Плата
|
1
|
0,7
|
0,6
|
5
|
Провод
|
10
|
0,015
|
0,5
|
6
|
Резисторы МЛТ
|
13
|
0,03
|
0,5
|
7
|
Реле
|
16
|
0,5
|
0,2
|
В ходе выполнения расчёта мы получили следующие результаты:
1. Интенсивность отказа блока 9.840001E-06 1/ч.
2. Время наработки на отказ 468000 ч.
3. Вероятность отказа блока при времени работы указанном в ТЗ (10000 ч)
P=0.9062863.
Значения зависимости вероятности безотказной работы блока от времени его работы приведены в таблице 4.3.
Таблица 4.3 - Зависимость вероятности безотказной работы блока от времени его работы
T час
|
P(T)
|
T час
|
P(T)
|
T час
|
P(T)
|
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
10000
|
1
.9950921
.9902083
.9853484
.9805124
.9757001
.9709114
.9661463
.9614046
.956686
.9519907
.9473184
.942669
.9380425
.9334387
.9288574
.9242987
.9197623
.9152482
.9107562
.9062863
|
10500
11000
11500
12000
12500
13000
13500
14000
14500
15000
15500
16000
16500
17000
17500
18000
18500
19000
19500
20000
|
.9018384
.8974122
.8930078
.888625
.8842636
.8799238
.8756052
.8713078
.8670315
.8627762
.8585417
.854328
.8501351
.8459627
.8418108
.8376793
.833568
.8294769
.8254059
.8213549
|
20500
21000
21500
22000
22500
23000
23500
24000
24500
25000
25500
26000
26500
27000
27500
28000
28500
29000
29500
|
.8173237
.8133124
.8093207
.8053486
.8013961
.7974629
.793549
.7896543
.7857788
.7819222
.7780846
.7742658
.7704658
.7666844
.7629216
.7591772
.7554513
.7517436
.7480541
|
5. Технологическая часть
5.1
Качественный анализ конструкции
Основными показателями технологичности изделия являются его трудоемкость изготовления, себестоимость, программа выпуска и тип производства.
Анализируя техническое задание на дипломный проект, полагаем, что тип производства материнской платы – единичный. Таким образом, применение автоматизированного оборудования является нерентабельным. Следовательно, большинство операций по изготовлению материнской платы являются ручными, с применением станков и оборудования. В качестве материала для изготовления материнской платы используется стеклотекстолит марки СТФ-1-35-1,5 ТУ 15-503.16-83. Он обладает высокой механической прочностью, высокими электроизоляционными свойствами, низким водопоглощением. На материнской плате в оптимальной последовательности устанавливаются ЭРЭ, разъемы и детали крепежа. Такой вариант формирования является наиболее приемлемым, так как плата разбита на законченные функциональные узлы. Это позволяет легкую замену вышедшего из строя узла. Принимаемые типы ЭРЭ позволяют вести подготовительные операции (обрезку, лужение, формовку) в автоматизированном режиме, что позволяет снизить трудоемкость сборки печатной платы.
Монтаж платы односторонний, поэтому производить замену элементов печатной платы можно, не снимая ее. А также при сборке производить пайку прогрессивным методом – волной припоя. Крепление платы на салазках обеспечивает легкую ее замену в случае выхода из строя.
При сборке изделия используются освоенные в производстве детали, такие как контакты, лепестки, прокладки и т.д.
Точность технологических процессов является одной из главных количественных характеристик, но она не достаточна для того, чтобы в полной мере осуществить качество того или иного процесса. Для таких оценок вводят количественные характеристики и совместный учет точностных характеристик и характеристик устойчивости, позволяющих сделать обоснованное заключение о технологическом процессе. Чтобы плата была технологичной предусмотрено: приготовление деталей из унифицированных и стандартных элементов и использование деталей, заимствованных из освоенных ранее изделий, сокращение числа оригинальных и сложных деталей, размеры и поверхности которых требуют точности и шероховатости, экономически необоснованных, а также использование недефицитных и не дорогих материалов, являющихся технологичными.
Исходя из выше сказанного, конструкцию материнской платы можно считать технологичной.
5.2
Проектирование технологического процесса сборки печатной платы
Обеспечение высокой точности и надежности, серийно выпускаемых изделий достигается применением комплекса мероприятий, важной составной частью которого является технология сборки. Поэтому качественное проведение сборочных операций является одним из условий повышения качества сборки изделия, долговечности собираемых узлов и изделий.
В общем виде сборочный процесс представляет собой соединение в определенной последовательности отдельных деталей и электрорадиоэлементов в сборочные узлы для получения законченного изделия. Различают общую и узловую сборку. Общей сборкой называется часть технологического процесса, в течение которой происходит фиксация составляющих сборочных единиц. Узловая сборка – часть технологического процесса, которая имеет целью образования сборочных единиц, входящих в данное изделие, в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями.
При проектировании технологического процесса сборки печатной платы анализируют технологичность конструкции. Общие технические требования сводятся к допустимости параллельной и независимой узловой сборки, взаимозаменяемости деталей, обеспечению свободного допуска к монтажу.
Основой проектирования сборочного процесса являются типовые технологические процессы сборки узлов, основываясь на которые мы составляем схему рабочего технологического процесса сборки печатной платы.
Рисунок 5.1 - Схема рабочего технологического процесса сборки печатной платы
Основными частями схемы являются операции комплектования, подготовки ЭРЭ, подготовки печатной платы, сборки, контроля, лакирования.
Согласно приведенной схемы составим маршрутные и операционные карты (смотри приложение Г).
Сборка печатной платы не должна осуществляться с применением сложного оснащения, сборочные операции должны быть максимально механизированы. С этой целью проведем выбор средств технологического оснащения. Для подготовки ЭРЭ к сборке используем следующее широко применяемое оборудование.
Для резисторов и конденсаторов используют автомат типа К12-010.00.00.000.
Лужение всех остальных элементов будем производить погружением в ванну ГГ-0867-4003. Пайку ЭРЭ производим в автоматизированном режиме на установке АУБ 28.00.
Используем также универсальные инструменты и приспособления согласно технологическому процессу.
5.3
Определение количественных показателей технологичности конструкции разрабатываемой материнской платы
Показатели технологичности конструкции изделия определяют по общесоюзным и отраслевым методикам. В дипломном проекте показатели технологичности определяем в соответствии с ОСТ 4.091.114-78 и ОСТ 4.091.105-79.
Исходные данные всех показателей приведены в таблице 5.1.
Трудоемкость изготовления изделия
Ти =å Тi (5.1)
где Ti – трудоёмкость изготовления сборки, регулировки контроля и испытания i-ой составной части изделия, нормо/ч.
Ти =43,4+5,16+13,8+83,04+20,08+43,4=208,8 нормо/ч
Таблица 5.1 - Исходные данные показателей
Наименование показателя
|
Условное обозначение
|
Значение показа-теля
|
Основные и дополнительные технико-экономические показатели трудоемкости
|
Изготовление изделия
|
Ти
нормо/ч
|
109,55
|
Литейных работ
|
ТЛ
нормо/ч
|
0
|
Работ по обработке металлов давления
|
ТД
нормо/ч
|
0
|
Работ по формообразованию деталей из полимерных материалов
|
ТП
нормо/ч
|
0
|
Заготовительных работ выполняемых обработкой резанием
|
ТО
нормо/ч
|
0
|
- обработки резанием
|
ТО Р
нормо/ч
|
10,8
|
- сборно-монтажных работ
|
ТС
нормо/ч
|
25,9
|
Регулировочных и контрольно-испытательных работ
|
ТР К
нормо/ч
|
29,7
|
- работ по изготовлению печатных плат
|
ТП П
нормо/ч
|
9,5
|
Наименование показателя
|
Условное обозначение
|
Значение показа-теля
|
Основные и дополнительные технико-экономические показатели себестоимости
|
Расходы на сырье и материалы (за вычетом стоимости отходов)
|
СМ
руб.
|
480,6
|
Основная зарплата производственных рабочих с начислениями
|
С руб.
|
183,09
|
Расходы на износ инструментов
|
СИ Н
руб.
|
18,4
|
Расходы на содержание оборудования
|
СО
руб.
|
32,48
|
Стоимость покупных изделий
|
СП К
руб.
|
480,6
|
Полная себестоимость изделий
|
СИ
руб.
|
1144,29
|
Дополнительные технические показатели
|
Количество типоразмеров заимствованных деталей
|
ДТ З
шт.
|
13
|
Общее количество типоразмеров деталей в изделии
|
ДТ
шт.
|
6
|
Общее количество деталей в изделии
|
Д шт.
|
87
|
Количество монтажных соединений выполненных на печатных платах, которые могут осущ. мех. способ.
|
НМ М
шт.
|
192
|
Общее количество монтажных соединений
|
НМ
шт.
|
246
|
Общее количество ЭРЭ, в изделии которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями конструкторской документации
|
НП ЭРЭ
шт.
|
20
|
Показатели техничности изделия – аналога
|
Трудоемкость изготовления
|
ТН О
шт.
|
3127
|
Технологическая себестоимость
|
СТ
шт.
|
280,76
|
Таблица 5.2 - Коэффициенты весомости по классу показателя изделия (электронного)
ТОС
=1
|
СОПК
=1
|
КОСВ
=0,76
|
КПОВ ПП
=0,2
|
ТООР
=0,5
|
СОТ
=0,8
|
КТП
=0,68
|
КСБ
=0,4
|
ТОРК
=0,3
|
КМС
=0,92
|
КПОВ Д
=0,52
|
ТОЗР
=0,2
|
КАРК
=1
|
КФ
=0,44
|
ТОПП
=0,1
|
КПП
=0,6
|
КМП ЭРЭ
=0,2
|
Технологическая себестоимость
(5.2)
СТ
= 30,2+64,4+18,4+32,48=280,76 руб.
Дополнительные технико-экономические показатели технологичности.
Относительная трудоемкость обработки резанием определяется по формуле:
(5.3)
Относительная трудоемкость сборочно-монтажных работ определяется по формуле:
(5.4)
Относительная трудоемкость регулировочных и контрольно-испытательных работ определяется по формуле:
(5.5)
Относительная трудоемкость изготовления печатных плат определяется по формуле:
(5.6)
Относительная себестоимость покупных комплектующих изделий определяется по формуле:
(5.7)
Относительная технологическая себестоимость изделий определяется по формуле:
(5.8)
1.1.1.1 Коэффициент освоенности деталей определяется по формуле:
(5.9)
1.1.1.2 Коэффициент повторяемости деталей определяется по формуле:
(5.10)
1.1.1.3 Коэффициент механизации монтажа определяется по формуле:
(5.11)
1.1.1.4 Коэффициент применения типовых технологических процессов определяется по формуле:
(5.12)
1.1.1.5 Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ к монтажу определяется по формуле:
(5.13)
1.1.1.6 Комплексный относительный технико-экономический показатель трудоемкости определяется по формуле:
(5.14)
где Кiэ
- коэффициенты весомости по классу показателя изделия
Toi
- показатели трудоемкости рассчитанные выше
1.1.1.7 Комплексный относительный технико-экономический показатель себестоимости определяется по формуле:
1.1.1.8
(5.15)
где Кiэ
- коэффициенты весомости по классу показателя изделия
Сoi
- показатели себестоимости рассчитанные выше
1.1.1.9 Комплексный относительный показатель техничности определяется по формуле:
(5.16)
где Кiэ
- коэффициенты весомости по классу показателя изделия
Кiтте
- показатели техничности рассчитанные выше
Уровень технологичности по трудоемкости изготовления определяется по формуле:
(5.17)
Уровень технологичности по комплексному относительному технико-экономическому
показателю трудоемкости определяется по формуле:
(5.18)
Уровень технологичности по технологической себестоимости определяется по формуле:
(5.19)
Уровень технологичности по комплексному относительному технико-экономическому показателю себестоимости определяется по формуле:
(5.20)
Уровень технологичности по комплексному относительному техническому показателю определяется по формуле:
1.1.1.10
(5.21)
Значения уровней технологичности разрабатываемой конструкции должны находиться в пределах 0< КУТ
<1; 0< КУС
<=1; 0< КУОТ
<=1; 0< КУОС
<=1; КУОТЕХ