Модернизация модулей коммутации линии линейного коммутатора

Содержание Введение

1. Конструкторский раздел

1.1 Постановка задачи

1.2 Выбор и обоснование конструкции

1.3 Разработка конструкции

1.4 Расчет на вибропрочность

1.5 Расчет надежности модулей коммутации линии

1.5.1 Методика расчета на надежность

1.5.2 Описание программы расчета надежности

1.6 Разработка чертежей и чертежей деталей в среде КОМПАС

2. Технологический раздел

2.1 Обзор технологического процесса методом поверхностного монтажа

2.2 Система автоматизированного проектирования Technologics

2.3 Технологическая подготовка производства

3. Организационно-экономический раздел

3.1 Расчет плановой себестоимости НИР

3.2 Расчет себестоимости опытного образца модуля коммутации линии НГТУ.468 345.1108

3.3 Расчет себестоимости опытного образца модуля коммутации линии НГТУ.468 345.110−01

3.4 Экономический эффект для НГТУ.468 345.110

3.5 Экономический эффект для НГТУ.468 345.110−01

4. Раздел охраны труда Введение

4.1 Обеспечение мер безопасности при настройке и регулировке линейного коммутатора (КЛ)

4.2 Расчет искусственного освещения Заключение Заключение Список литературы

Введение

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 модернизация модулей коммутации линии линейного коммутатора. Разработчиками создано новое схемотехническое решение, позволяющее использовать в линейном коммутаторе вместо 28 модулей всего 8. Создано две принципиальных схемы с использованием современной элементной базы: на отечественных элементах и на импортных элементах.

Военная промышленность ориентирована на использование отечественной элементной базы. И при составлении электрической принципиальной схемы и перечня элементов разработчики ориентируются прежде всего на справочник элементов, разрешенных для использования в военной промышленности. Если в схеме приходится использовать импортный элемент, не имеющий отечественных аналогов, то в схеме используются импортные элементы по письменному разрешению заказчика. Именно поэтому в схеме на отечественных элементах присутствуют импортные микросхемы и штыревые линейки.

В схеме, ориентированной на импортную элементную базу, отечественные герконовые реле сознательно заменены на импортные аналоги с целью изготовления модулей и сравнения их в работе.

В данной работе разработана конструкция и технология изготовления обоих вариантов модулей коммутации линии, проведены различные технические и экономические расчеты. Эта работа является первым этапом сравнения двух модулей, по ней военная приемка сможет оценить, какой модуль меньше по габаритам, проще в изготовлении, надежнее и экономичнее. Впоследствии по данному проекту будут изготовлены опытные образцы и проведен второй этап их сравнения — в действии. По результатам этих двух этапов сравнения заказчиком будет принято решение, какой вариант модуля коммутации линии более пригоден для непосредственной эксплуатации.

1. Конструкторский раздел

1.1 Постановка задачи модуль линейный коммутатор

1. Требования к конструкции

1.1. Модуль коммутации линии должен иметь следующий состав:

· плата модуля коммутации, предназначенная для установки в корпус Compac Pro высотой 147,1 мм (3U), шириной 364,1 мм (63HP), глубиной 312 мм;

· панель печатной платы высотой (3U), шириной 25,1 мм (5HP) и толщиной 2,5 мм;

· органы индикации и управления, размещенные на панели печатной платы;

· разъемы для подключения измерительных цепей и цепей питания, размещенные на печатной плате и на панели печатной платы.

1.2. Кнопки S1, S2 и индикаторы единичные V1 «СВЯЗЬ», V2 «ТЕЛ» должны быть размещены на передней панели модуля коммутации. Индикатор единичный V1 должен быть расположен над кнопкой S1, индикатор единичный V2 должен быть расположен над кнопкой S2.

1.3. Разъемы X3, X4 для подключения измерительных цепей должны быть размещены на панели печатной платы.

1.4. Элементы на плате модуля коммутации должны быть расположены так, чтобы они не выступали за габаритные размеры панели печатной платы 25,1 мм (5HP).

1.5. Конденсатор C1 фильтра питания должен быть установлен непосредственно около точек ввода цепи питания «+5V» и шины 0V модуля коммутации.

1.6. Фильтрующие конденсаторы C4, C5 должны располагаться в непосредственной близости от выводов питания микросхем D1, D2.

1.7. Конденсаторы C2, C3 и резонатор кварцевый B1 должны быть расположены непосредственно около выводов 14 и 15 микросхемы D2.

1.8. Монтаж цепей NET16, NET15, V1, V2, G1, G2, T1, T2, M1, M2, Э, Б на модуле коммутации дожжен осуществляться проводом минимальной длины.

1.9. Провода измерительных цепей NET16, NET15, G1, G2, T1, T2, M1, M2, Э модуля коммутации должны быть максимально удалены от остальных цепей модуля.

1.10.Провода измерительных цепей V1, V2 модуля коммутации должны быть максимально удалены от остальных цепей модуля.

1.11. Информационные цепи DATA+(B), DATA-(A) должны иметь минимальную длину и быть максимально удалены от цепей NET16, NET15, V1, V2, G1, G2, T1, T2, M1, M2, Э, Б.

1.12. Микросхемы на модуле коммутации должны быть расположены таким образом, чтобы обеспечить минимальную длину следующих цепей: NET16, NET15, V1, V2, G1, G2, T1, T2, M1, M2, Э, Б, DATA+(B), DATA-(A).

1.13. Сопротивление изоляции между цепями NET16, NET15, G1, G2, T1, T2, M1, M2, Э, а также сопротивление изоляции между цепями NET16, NET15 и остальными цепями должно быть не менее 20 ГОм в нормальных условиях.

1.14. Сопротивление изоляции всех остальных цепей должно быть не менее 1 ГОм.

1.15. Сопротивление печатных проводников должно быть не более 0,25 Ом.

1.16. Монтаж цепей между контактами 1 и 2 реле К1 — К9 должен быть выполнен навесным монтажом.

1.17. Монтаж цепей между контактами 3 и 4 реле К1 — К9 должен быть выполнен печатными проводниками.

1.19 Суммарный ток потребления в модуле коммутации:

· по шине «+12V» не более 500 мА;

· по шине «+5V» не более 100 мА.

2. Условия эксплуатации.

2.1. Модуль коммутации должен эксплуатироваться в нормальных климатических условиях:

· рабочая температура окружающего воздуха от минус 10 до 50 °C;

· предельная температура окружающего воздуха от минус 40 до 50 °C;

· относительная влажность воздуха при температуре 25 °C до 98%;

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

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

2.3. Модуль коммутации должен сохранять свои технические характеристики при непрерывной работе в течение 24 часов.

1.2 Выбор и обоснование конструкции Для того чтобы грамотно спроектировать конструкцию модуля коммутации, воспользуемся РД50−708.

Таблица 1.2.1. Допускаемые значения воздействующего фактора по группам жесткости

По ГОСТ 23 752–79 выбираем 2 группу жесткости.

Далее выбираем тип конструкции ДПП с металлизированными монтажными и переходными отверстиями.

Таблица 1.2.2. Классы точности

По ГОСТ 23 751–86 выбираем 3 класс точности.

Выбираем материал основания.

Таблица 1.2.3. Свойства материалов

Проводя сравнительную характеристику, в качестве материала основания выбираем стеклотекстолит.

Для изготовления печатных плат используется стеклотекстолит фольгированный. Для изготовления модуля коммутации линии требуются двусторонние печатные платы, поэтому выбираем стеклотекстолит фольгированный марки СФ-2.

Стеклотекстолит фольгированный выпускается в виде прессованных многослойных листов, состоящих из полотнищ стеклоткани, пропитанных эпоксидно-фенольным лаком и облицованные с одной (марка СФ-1) или с двух (марка СФ-2) сторон электролитической фольгой (стандартная толщина медной фольги 50 мкм).

Обладает высокой механической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, низким водопоглощением.

Для электроизоляционной защиты и защиты от проникновения влаги необходимо выбрать покрытие, выдерживающее предельные температуры эксплуатации модуля коммутации.

Таблица 1.2.4. Покрытия металлические

Таблица 1.2.4. Покрытия неметаллические

Проводя сравнительную характеристику покрытий, выбираем для покрытия элементов проводящего рисунка металлическое покрытие Хим. М, т.к. это наименее дорогое из всех покрытий, удовлетворяющих ТЗ.

Для покрытия модуля коммутации выбираем лак УР-231.

Для пайки элементов необходимо выбрать припой с минимальной температурой плавления.

Таблица 1.2.5. Припои

Проводя сравнительную характеристику, выбираем припой ПОС-61, т.к. он имеет относительно низкую температуру плавления и используется для пайки радиоэлементов и микросхем.

Выбираем материал для проводников, используемых для навесного монтажа.

Провода предназначены для монтажа электрической аппаратуры и работы при температуре от минус 60 °C до плюс 220 °C и переменном напряжении до 250 В частотой до 5000 Гц или постоянном напряжении до 350 В.

Вид климатического исполнения — УХЛ по ГОСТ 15 150–69.

Срок службы проводов, не менее — 20 лет.

Строительная длина проводов, не менее — 15 м.

Температура среды при эксплуатации проводов — от минус 60 0С до плюс 220 0С.

Проводя сравнительную характеристику, выбираем провод МГТФ, т.к. его характеристики удовлетворяют ТЗ.

После того, как мы выбрали все материалы, необходимо учесть конструктивные особенности изделия. Если соблюдать все требования технического задания и учесть размеры всех элементов, приведенных в перечне элементов, то модуль НГТУ.468 345.110 будет размещен на одной плате размерами 100×270 мм, а модуль НГТУ.468 345.110−01 будет размещен на двух платах: 100×270 мм и 90×90 мм, причем верхняя (меньшая) будет крепиться к нижней (большей) четырьмя винтами МЗ.

1.3 Расчет на вибропрочность Все радиоэлектронные средства (РЭС) поддаются воздействию внешних механических нагрузок, которые передаются к каждой детали, которая входит в конструкцию. Механическое влияние на разрабатываемое устройство имеет место при его транспортировке в нерабочем состоянии. Поэтому важным является определить достаточна ли прочность разрабатываемого устройства и может ли конструкция выдержать механические нагрузки при транспортировке.

Так как разрабатываемое устройство относится к наземной РЭС, то при транспортировке, случайных падениях и т. д. оно может поддаваться динамическим воздействиям. Смена общих параметров механических воздействий, которым поддается наземное РЭС являются следующие:

· вибрации: (1…200)Гц.;

· виброперегрузки: ;

· удары, тряска, длительность ;

· линейные перегрузки .

Расчет на вибропрочность несущей конструкции сводится к определению наибольшего напряжения, исходя из вида деформации, которая вызвана действием вибрации в определенном диапазоне частот, и сравнением полученного значения с допустимым.

Расчет частоты колебаний сделаем по методу, изложенному в.

Печатная плата модуля коммутации НГТУ.468 345.110 с двух сторон закреплена направляющими, с третьей стороны разъемом, по величине равным длине стороны, а с четвертой — двумя винтами. Такое закрепление можно принять за равномерно нагруженное.

Собственная частота колебаний равномерно нагруженной пластины (печатной платы) определяется по формуле:

где

— поправочный коэффициент для материала;

— поправочный коэффициент для ЭРЭ, равномерно распределенных на печатной плате;

— длина печатной платы.

где

— вес элементов равномерно распределенных на печатной плате;

— вес печатной платы.

Определим вес печатной платы:

где

— плотность стеклотекстолита,

— длина печатной платы;

— ширина печатной платы;

— высота печатной платы.

Рассчитаем поправочный коэффициент :

де

— модуль упругости и плотность материала, который применяется;

— модуль упругости и плотность стали.

;

. 7]

Расчет резонансной частоты пластины произведем по формуле:

где

— жесткость пластины, Е=30 ГПа — модуль Юнга,

h=1.5 мм — толщина пластины,

— распределенная по площади масса,

— вес пластины,

g — ускорение свободного падения.

Вес пластины умножаем на 3, т.к. на пластину воздействуют вибрации с ускорением 2g.

fr=1,57*(13,72+1/(100*10−3)2)*9,1*0,82=487,71 (Гц).

Таким образом, в результате расчета получили частоту собственных колебаний пластины f=1,3 кГц и резонансную частоту пластины fr=487,71 Гц.

Из расчета можно сделать вывод, что плата модуля коммутации НГТУ.468 345.110 не требует использования демпферов и частотной настройки, и она должна выдерживать внешнее механическое воздействие при транспортировке.

1.4 Расчет размерной цепи Основная цель сборки — выдержать точность всех замыкающих звеньев сборочной размерной цепи. Замыкающее звено и его точность определяется служебным назначением сборочной единицы, ее собираемостью и эксплуатацией.

Размерная цепь — технический термин, обозначающий совокупность геометрических размеров, расположенных по замкнутому контуру, определяющих взаимоположение поверхностей (или осей) одной или нескольких деталей и непосредственно участвующих в решении поставленной задачи.

Размерная цепь строится, начиная с замыкающего (исходного) звена. Затем по чертежу находят примыкающую к нему слева деталь, размер которой непосредственно влияет на размер замыкающего звена. Далее находят размер второй детали, сопряженной с размером первой. И так последовательно выявляют детали сборочного соединения, сопряженные друг с другом, размеры которых непосредственно влияют на размер замыкающего звена. Последний из этих размеров должен примкнуть к размеру замыкающего звена, замкнув цепь. В состав размерной цепи от каждой детали входит только один размер.

В зависимости от влияния на замыкающее звено элементы размерной цепи делят на увеличивающие и уменьшающие звенья. Размерная цепь обозначается прописной буквой (например А), ее звенья — той же буквой с индексами (А1, А2, А3…). Увеличивающие и уменьшающие звенья обозначаются с использованием либо соответствующих индексов (А1ув, А2ум), либо со стрелками над буквой (увеличивающие со стрелкой вправо, уменьшающие — влево).

Составляющие звенья размерной цепи функционально связаны с замыкающим звеном.

Полученные зависимости выражают уравнения номинальных размеров рассматриваемых размерных цепей. Такие зависимости могут быть представлены также в виде геометрической схемы размерных цепей.

Геометрическая схема размерной цепи — совокупность векторов-звеньев размерной цепи, образующих замкнутый контур и определяющих взаимосвязь замыкающего и составляющих звеньев размерной цепи.

Для обеспечения наиболее экономичных технологических процессов изготовления деталей и сборки изделий размерные цепи должны удовлетворять следующим двум условиям: допуск замыкающего звена размерной цепи должен быть равен сумме допусков составляющих звеньев, а допуски звеньев размерной цепи должны лежать в пределах экономической точности данного производства.

Однако на практике не всегда можно выполнить указанные требования. В тех случаях, когда их выполнить нельзя, необходимо применить наиболее экономичный в данных производственных условиях метод расчёта размерной цепи, например, если это необходимо, ввести в размерную цепь звено, преднамеренное изменение размера которого можно использовать для компенсации отклонений всех остальных составляющих звеньев цепи с целью достижения требуемой точности замыкающего звена.

Размерная цепь обеспечивает функционирование объекта, поэтому задачи на составление и расчет размерных цепей являются основными в процессе проектирования. Расчет размерной цепи фактически представляет собой расчет изделия на точность. Размерные цепи рассчитывают одним из двух методов: расчет на максимум-минимум (по предельным размерам) и вероятностный расчет. Расчеты направлены на решение одной из двух задач:

распределение предельных размеров и допуска исходного звена на остальные составляющие звенья цепи («проектный расчет», называемый иногда «прямая задача»);

определение предельных размеров и допуска замыкающего звена по предельным размерам и допускам составляющих звеньев размерной цепи («проверочный расчет», «обратная задача»).

Расчеты размерных цепей на максимум-минимум как правило не соответствуют сути большинства технологических процессов, поскольку эти расчеты фактически рассматривают случаи наихудшего сочетания наихудших звеньев. Вероятность подобных сочетаний настолько мала, что для цепей с большим числом звеньев ее можно считать практически не встречающейся. Возможность учета вероятностных (стохастических) проявлений производства привела к появлению вероятностных расчетов размерных цепей.

Вероятностно рассчитывают только допуски, поскольку номинальные и предельные размеры получают по тем же формулам, что и для расчета на максимум-минимум.

Вероятностные расчеты можно проводить на основании определенных допущений о видах распределения случайных размеров каждого из звеньев цепи, принимая в качестве границ рассеяния предельные размеры звена. Можно также проводить уточненные расчеты на основании использования информации о технологических процессах получения звеньев, для чего необходимо получить данные о виде и параметрах распределения размеров каждого звена. В таком расчете вместо допуска используют поле практического рассеяния параметра, вместо координаты середины поля допуска — центр группирования размеров звена. Такие расчеты требуют не только исследований результатов изготовления изделия, что очень трудоемко, но и начала производства, после чего расчет размерных цепей можно использовать для корректирования конструкции изделия и рационализации технологии его получения.

Прямую задачу решают одним из следующих методов достижения требуемой точности (подробный расчёт содержится в ГОСТ 16 320–70):

· метод полной взаимозаменяемости — метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у всех объектов путем включения в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений;

· метод неполной взаимозаменяемости — это метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается у заранее обусловленной части объектов включением в нее составляющих звеньев без выбора, подбора или изменения их значений;

· метод групповой взаимозаменяемости — метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается добавлением в размерную цепь составляющих звеньев, принадлежащих к одной из групп, на которые они предварительно рассортированы;

· метод пригонки, или технологической компенсации, — метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена удалением с компенсатора определенного слоя материала. Для этого компенсирующее звено детали компенсатора поступает на сборку с заранее установленным припуском, удаляемым по мере надобности, методами механической обработки в процессе пригонки для достижения требуемого значения замыкающего звена. На все другие составляющие звенья размерной цепи, в том числе компенсирующие, устанавливают экономически целесообразные допуски. Метод применяется в индивидуальном и мелкосерийном производстве;

· метод регулирования — метод, при котором требуемая точность замыкающего звена размерной цепи достигается изменением размера компенсирующего звена без удаления материала с компенсатора.

Обратную задачу решают с помощью расчёта на максимум-минимум или вероятностного расчёта. При расчёте на максимум-минимум складывают отдельные допуски составляющих звеньев увеличивающих и уменьшающих замыкающее звено.

Расчет производится с целью определения номинального расстояния между краями установочных отверстий и его отклонений. Расстояние от края одного отверстия до края другого отверстия определяет, войдет ли в эти отверстия винт МЗ. На точность этого расстояния влияет точность привязки базовых отверстий, на которых совмещают платы, допуски на диаметры отверстий и соединительного винта.

На рисунке 1.5.1. показано сечение модуля коммутации, на котором изображены верхняя и нижняя платы.

Рис. 1.5.1. Сечение модуля коммутации На рисунке обозначены:

А1 = 90 — 0,14 мм.

А2 = 5 +/- 0,1 мм.

А3 = 30 +/- 0,1 мм.

А4 = 55 +/- 0,1 мм.

Размеры А1 — А4 взяты из чертежей плат.

На рисунке 1.5.2. показаны возможные варианты взаимного расположения плат с учетом допусков диаметров базовых отверстий.

а) б) Рис. 1.5.2. Варианты расположения плат

А5, А6 = 1.75 + 0.05 мм — радиусы базовых отверстий плат.

АД — замыкающее звено.

На рисунке 1.5.3. показана схема размерной цепи для случая совмещения плат в соответствии с рисунком 1.5.2. а).

Рис. 1.5.3. Размерная цепь в соответствии с рисунком 1.5.2. а) По схеме определяется увеличивающие и уменьшающие размеры.

Увеличивающие размеры — это те размеры в размерной цепи, увеличение которых приводит к увеличению замыкающего звена.

Уменьшающие размеры — это те размеры, увеличение которых приводит к уменьшению замыкающего звена.

Для схемы на рисунке _ увеличивающими размерами будут: А1, А5, А6; уменьшающими — А2, А3, А4.

Номинальный размер замыкающего звена определяется по формуле:

АДN = Аув. — Аум.,

где Аув. и Аум. — номинальные величины увеличивающих и уменьшающих размеров.

АДN = (90 + 1,75 + 1,75) — (5 + 55 + 30) = 3,5 мм.

Максимальный размер замыкающего звена определяется по формуле:

АДmax = Аув. max — Аум. min,

где Аув. max — максимальное значение увеличивающих размеров, Аум. min — минимальное значение уменьшающих размеров.

АДmax = (90 + 1,8 + 1,8) — (4,9 + 54,9 + 29,9) = 3,9 мм.

Минимальный размер замыкающего звена определяется по формуле:

АДmin = Аув. min — Аум. max,

где Аув. min — минимальное значение увеличивающих размеров, Аум. max — максимальное значение уменьшающих размеров.

АДmin = (89,86 + 1,75 + 1,75) — (5,1 + 55,1 + 30,1) = 3,06 мм.

На рисунке 1.5.4. показана схема размерной цепи при совмещении плат в соответствии с рисунком 1.5.2. б).

Рис. 1.5.4. Размерная цепь в соответствии с рисунком 1.5.2. б) В данном варианте размер А1 — уменьшающий, а размеры А2, А3, А4, А5, А6 — увеличивающие.

В этом варианте номинальный размер замыкающего звена равняется:

АДN = (5 + 30 + 55 + 1,75 + 1,75) — (90) = 3,5 мм.

Что и должно было повториться.

Максимальный размер замыкающего звена равняется:

АДmax = (5,1 + 30,1 + 55,1 + 1,8 + 1,8) — (89,86) = 4,04 мм.

Минимальный размер замыкающего звена равняется:

АДmin = (4,9 + 29,9 + 54,9 + 1,75 + 1,75) — (90) = 3.2 мм.

В результате расчета определили, что максимальное значение между краями установочных отверстий во втором случае АДmax = 4,04 мм, а минимальное в первом АДmin = 3,06 мм.

Максимальная величина отклонения от номинала определяется по формуле:

АДmax = АДmax — АДN ;

АДmax = 4,04 — 3,5 = 0,54 мм.

Минимальная величина отклонения от номинала определяется по формуле:

АДmin = АДmin — АДN ;

АДmin = 3,06 — 3,5 = - 0,44 мм.

В результате расчета определено номинальное расстояние между краями установочных отверстий и его вероятные отклонения:

Получается, что винт М3 войдет в оба отверстия даже при минимальном расстоянии между их краями.

1.5 Расчет надежности модулей коммутации линии

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:

лбприведенная базовая интенсивность отказов данного типа изделий;

Кпркоэффициент приемки, отражающий степень жесткости требований к контролю качества и правилам приемки ИЭТ;

Кээксплуатационный 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;

Ккорпкоэффициент, учитывающий тип корпуса микросхем;

Ксткоэффициент, зависящий от сложности интегральной микросхемы и температуры окружающей среды;

Кvкоэффициент, учитывающий снижение максимальных значений напряжения питания;

Кркоэффициент режима, характеризующий зависимость надежности изделий от величины электрической нагрузки и температуры окружающей среды;

Кtкоэффициент, зависящий от температуры для кварцевых пьезоэлектрических резонаторов и генераторов;

Кrкоэффициент, зависящий от величины сопротивления;

Кскоэффициент, зависящий от величины емкости;

Кfкоэффициент, зависящий от частоты и мощности в импульсе для мощных транзисторов СВЧ.

Ккккоэффициент, зависящий от количества задействованных контактов.

1.5.2 Описание программы расчета надежности Автоматизированная система расчета надежности (АСРН) разработана на основе справочника «Надежность электрорадиоизделий» и дает возможность рассчитывать суммарную интенсивность отказов модулей 1-го и 2-го уровней, укомплектованных отечественными и импортными ЭРИ, без резервирования, в режиме эксплуатации и хранения (только для отечественных ЭРИ) в составе подвижных и неподвижных объектов.

Система снабжена конвертором результатов расчета в формат HTML, генератором отчетов, 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;

Для работы программы необходимо наличие монитора с разрешением не менее 600×800 и принтера для печати результатов расчета.

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

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 ЭРЭ 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 надежности модуля НГТУ.468 345.110

T0 = 1/э = 1/(8.37*10−6) = 119 474 ч.

Таблица 1.5.2. Расчет надежности модуля НГТУ.468 345.110−01

T0 = 1/э = 1/(1.44*10−5) = 69 444 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.468 345.110:

Рис. 1.5.1. Зависимость вероятности безотказной работы от времени для НГТУ.468 345.110

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

Для НГТУ.468 345.110−01:

Рис. 1.5.2. Зависимость вероятности безотказной работы от времени для НГТУ.468 345.110−01

Вероятность безотказной работы модуля коммутации линии в течение 24 часов равна [9]:

1.6 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 Обзор технологического процесса методом поверхностного монтажа В данном изделии некоторые элементы установлены методом поверхностного монтажа. Рассмотрим преимущества этого метода.

Основным отличием технологии поверхностного (SMT) монтажа от традиционной является монтаж радиоэлементов не в отверстия, а на поверхность печатной платы со стороны печатных проводников, что обеспечивает применение прогрессивной технологии установки новейших радиоэлектронных компонентов на печатную плату, а также позволяет повысить качество и надежность выпускаемой продукции.

Технология поверхностного монтажа печатных плат, также называемая ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (surface mount technology) и SMD-технология (от surface mount device — прибор, монтируемый на поверхность), появилась в 60-х годах XX века и получила широкое развитие в конце 80-х годов. Она является наиболее распространенным на сегодняшний день методом конструирования и сборки электронных узлов на печатных платах. Основным ее отличием от «традиционной» технологии монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы, однако преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приемов изготовления печатных узлов.

Появление технологии поверхностного монтажа

Предпосылками к появлению технологии поверхностного монтажа явились растущие требования к микроминиатюризации и технологичности печатных узлов при автоматизированной сборке в условиях расширения области применения электроники как для специальных, так и для бытовых нужд во второй половине XX века.

Монтаж микросхем на поверхностные контактные площадки без отверстий, так называемый планарный монтаж, в то время успешно применялся в специальной технике. Корпуса микросхем для планарного монтажа имели выводы по двум или четырем сторонам. Обрезка и формовка выводов осуществлялась перед установкой, после чего микросхема фиксировалась на клей или подпайкой и припаивалась специальными роликовыми или гребенчатыми паяльниками, либо на установке пайки волной. До сих пор иногда ошибочно планарную технологию смешивают с технологией поверхностного монтажа.

С другой стороны, во время появления поверхностного монтажа существовала и другая технология: технология гибридных модулей и микросхем, в которых применялись компоненты с укороченными выводами или вообще без выводов, устанавливаемые на керамические подложки. Также такие компоненты применялись в СВЧ технике, где длина выводов может оказывать существенное влияние на качество сигнала.

Технология монтажа на поверхность объединила в себе преимущества данных технологий, позволив существенно уменьшить массу и габариты печатных узлов, улучшить электрические характеристики и повысить технологичность сборки устройств на печатных платах.

Преимущества поверхностного монтажа

Технология поверхностного монтажа по сравнению с технологией монтажа в отверстия обладает рядом преимуществ как в конструкторском, так и технологическом аспекте.

Снижение габаритов и массы печатных узлов. Элементная база, применяемая в технологии поверхностного монтажа, имеет значительно меньшие размеры по сравнению с компонентами, монтируемыми в отверстия. Как известно, бьльшую часть массы и габаритов микросхемы составляет отнюдь не кристалл, а корпус и выводы. Размеры корпуса продиктованы в основном расположением выводов (могут существовать и другие факторы, например, требования по теплоотводу, но они значительно реже являются определяющими). Поверхностный монтаж позволяет применять компоненты с существенно меньшим шагом выводов благодаря отсутствию отверстий в плате. Поперечные сечения выводов могут быть также меньше, поскольку выводы формуются на предприятии-изготовителе компонентов и не подвергаются существенным механическим воздействиям от разупаковки до установки на плату. Кроме того, эта технология позволяет применять корпуса компонентов с контактными поверхностями, заменяющими выводы.

Современная технология поверхностного монтажа позволяет устанавливать компоненты с обеих сторон печатной платы, что позволяет уменьшить площадь платы и, как следствие, габариты печатного узла.

Улучшение электрических характеристик. За счет уменьшения длины выводов и более плотной компоновки значительно улучшается качество передачи слабых и высокочастотных сигналов.

Повышение технологичности. Это преимущество является, пожалуй, основным, позволившим поверхностному монтажу получить широкое распространение. Отсутствие необходимости подготовки выводов перед монтажом и установки выводов в отверстия, фиксация компонентов паяльной пастой или клеем, самовыравнивание компонентов при пайке — все это позволяет применять автоматическое технологическое оборудование с производительностью, недостижимой при соответствующей стоимости и сложности технических решений при монтаже в отверстия. Применение технологии оплавления паяльной пасты значительно снижает трудоемкость операции пайки по сравнению с ручной или селективной пайкой, и позволяет экономить материалы по сравнению с пайкой волной.

Повышение ремонтопригодности. Современное ремонтное оборудование позволяет снимать и устанавливать компоненты без повреждений даже при большом количестве выводов. При монтаже в отверстия эта операция является более сложной из-за необходимости равномерного прогрева достаточно теплоемких паяных соединений. При поверхностном монтаже теплоемкость соединений меньше, а нагрев может осуществляться по поверхности горячим воздухом или азотом. Тем не менее, некоторые современные компоненты для поверхностного монтажа являются настолько сложными, что их замена требует специального оборудования.

Снижение себестоимости. Уменьшение площади печатных плат, меньшее количество материалов, используемых в компонентах, автоматизированная сборка — все это при прочих равных условиях позволяет существенно снизить себестоимость изделия при серийном производстве.

В технологии поверхностного монтажа, как правило, применяются два метода пайки: пайка оплавлением припойной пасты и пайка волной. В зависимости от применяемого метода пайки последовательность операций различна.

Основное преимущество метода пайки волной — возможность одновременной пайки компонентов, монтируемых как на поверхность платы, так и в отверстия. При этом пайка волной является самым производительным методом пайки при монтаже в отверстия. В современных конструкциях доля монтажа в отверстия постоянно снижается, а развитие более экономной и качественной селективной пайки позволяет автоматизировать пайку компонентов, монтируемых в отверстия, без применения волны. Эти факторы приводят к тому, что производители все чаще отказываются от пайки волной, применяя метод оплавления для поверхностно-монтируемых компонентов и ручную или селективную пайку для компонентов, монтируемых в отверстия.

Пайка волной, как и селективная пайка, применяется при так называемой смешанной технологии, когда на плате одновременно присутствуют компоненты, монтируемые на поверхность и в отверстия. Полностью избавиться от монтажа в отверстия в большинстве современных устройств не удается, тем не менее, множество изделий уже собирается с применением только поверхностного монтажа.

Заключение

Очевидные преимущества поверхностного монтажа приводят к постоянному расширению сферы его применения и развитию технологических методов, применяемых в данной технологии. Особенности отдельных операций, а также современные способы монтажа рассматриваются в специализированных статьях.

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.