39267

Конструкция преобразователя напряжения 12/300В

Дипломная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Требования безопасности при производстве преобразователя напряжения Пожарная безопасность. Для питания электрооборудования от источников постоянного тока широко используются преобразователи напряжения. Наметившаяся тенденция микроминиатюризации в радиоэлектронике привела к тому что полупроводниковые преобразователи...

Русский

2013-10-01

743 KB

38 чел.

Содержание

Введение                                                                                                                 5

1 Общая часть                                                                                                                7

1.1 Анализ существующих приборов или методов                           7

1.2 Описание работы структурной схемы                           10

1.3 Описание работы принципиальной схемы                                        11

     2 Расчетно-конструкторская часть                                                                             14

2.1 Расчет основных узлов                                                                                          14

2.2 Разработка конструкции печатного узла                                                              16                         

2.2.1 Выбор элементов схемы                                                                                    16                                                                                                       

2.2.2 Выбор материала печатной платы                                                                    18               

2.2.3 Выбор шага координатной сетки                                                                        20               

2.2.4 Выбор способа установки элементов на плату                                                 23              

2.2.5 Выбор способа защиты печатного узла                                                             26            

2.2.6 Выбор шага координатной сетки                                                                        28

2.2.7 Разработка топологии печатной платы                                                             29

2.2.8 Выбор технологического метода производства печатной платы                    31     

2.2.9  Выбор способа защиты печатного узла                                                            33

2.3 Разработка конструкции прибора                                                                          35

2.3.1 Общие требования к конструкции прибора                                                       35              

2.3.2 Выбор корпуса устройства                                                                                  35

2.3.3 Компоновка устройства                                                                                       36

2.4 Расчет надежности устройства                                                                             38                                                                   

     3 Экономическая часть                                                       43

3.1 Экономическое обоснование конструкторских решений                                     43                             

3.2 Расчет оптовой цены прибора                                                                               48

3.2.1 Расчет прямых затрат                                                                                         49

3.2.2 Расчет заработной платы основных рабочих                                                    51                                             

3.3 Анализ конкурентоспособности устройства                                                          56                          

4 Охрана труда                                                                                                              61  

4.1 Охрана труда. Законодательство  и нормативно правовые акты                       61                                                                                             

4.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов                                    62                              

4.3 Требования безопасности при производстве преобразователя напряжения   66

4.4 Производственное освещение                                                                               67

4.5 Требования безопасности                                                                                      70             

4.5.1 Требования безопасности перед началом работ                                              70          

4.5.2 Требования  безопасности во время работы                                                     71            

4.5.3 Требования  безопасности при аварийных ситуациях                                      72

4.5.4 Требования безопасности по окончании работ                                                 73

4.6  Допуск к самостоятельной работе                                                                        74

4.7 Электробезопасность                                                                                              75

4.7.1 Применение малых напряжений                                                                         75          

4.7.2 Средства защиты при разработке                                                                      76

4.7.3 Защита от статического электричества                                                              77           

4.7.4 Характеристика интенсивности действия вредного фактора                           78          

4.8 Микроклимат производственных помещений                                                       79

4.9Пожарная безопасность                                                                                           81

Заключение                       84

Список использованной литературы                    85             

         Введение

Для питания электрооборудования от источников постоянного тока широко используются преобразователи напряжения. В настоящее время полупроводниковые преобразователи почти полностью заменили электронные преобразователи и вибропреобразователи.

Основными достоинствами полупроводниковых преобразователей являются малые габариты и масса, высокий КПД и большая эксплуатационная надёжность.

Наметившаяся тенденция микроминиатюризации в радиоэлектронике привела к тому, что полупроводниковые преобразователи напряжения стали применять во вторичных источниках электропитания.

Применение полупроводниковых преобразователей даёт возможность значительно уменьшить массу, габариты, повысить КПД источника электропитания в целом.

В процессе преобразования постоянное напряжение одной величины преобразуется в переменное или постоянное  напряжение другой величины.

Для преобразования напряжения по величине в схеме преобразователя применяется трансформатор, а для преобразования постоянного тока в переменный используется переключающее устройство, изменяющее напряжение тока в первичной обмотке трансформатора.

Для уменьшения потерь энергии в преобразователях переключающее устройство должно иметь возможно меньшее сопротивление в открытом состоянии и возможно большее сопротивление в закрытом состоянии. В качестве элементов переключающих устройств в преобразователях напряжения используются транзисторы и тиристоры.

Преобразователи с выходом на постоянном токе называются конверторами, а с выходом на переменном токе  называются инверторами. Различие между ними заключается в том, что в конверторах, помимо переключающего устройства и трансформатора, имеется выпрямитель и сглаживающий фильтр.

Транзисторные преобразователи выполняются преимущественно на небольшую выходную мощность (несколько сотен ватт).

Преобразователи на  большие мощности, работающие от первичных источников с повышенным напряжением, рационально выполнять на тиристорах.    

Транзисторные и тиристорные преобразователи подразделяются на нерегулируемые и регулируемые.

Регулируемые преобразователи используются как регуляторы или стабилизаторы постоянного и переменного напряжения.

По способу возбуждения колебаний различают схемы с самовозбуждением и с независимым возбуждением.

Схемы с самовозбуждением представляют собой релаксационные генераторы с внутренней положительной обратной связью.

Преобразователи с независимым возбуждением состоят из задающего генератора и усилителя мощности. Задающий генератор в большинстве случаев представляет собой преобразователь с самовозбуждением.

Импульсы с выхода задающего генератора поступают на вход усилителя мощности и управления им.

1 Общая часть

1.1 Анализ и обзор существующих устройств подобного класса

DC/DC-преобразователи представляют собой интегральные схемы импульсных преобразователей постоянного напряжения индуктивного типа. Они содержат все необходимые для работы такого преобразователя управляющие и силовые каскады и требуют лишь незначительного числа внешних компонентов. Компания Texas Instruments (TI) выпускает множество таких ИС.               .
Наиболее обширными группами преобразователей являются повышающие и понижающие. Инвертирующие преобразователи, как правило, являются производными от повышающих или понижающих преобразователей, т.е. реализуются путем модификации их схемы.                            .
Поскольку многие преобразователи ориентированы на применение в составе портативных приложений с батарейным питанием, то часто диапазон входного напряжения характеризуется совместимостью с аккумуляторными батареями:

а) одноэлементными щелочными/никелевыми аккумуляторными батареями;

б) двухэлементными щелочными/никелевыми аккумуляторными батареями;

в) одноэлементными литиево-ионными аккумуляторными батареями;

г) двухэлементными литиево-ионными аккумуляторными батареями.

TI выпускает преобразователи с частотой преобразования от 52 кГц до 4 МГц.

В последнее время существенно возросло число преобразователей с частотой преобразования выше 1 МГц. В настоящее время почти половину от всего ассортимента TI составляют именно такие преобразователи. Если к ним добавить еще и преобразователи с частотой преобразования 500 кГц и выше, то доля их составит более 90%. Повышение частоты преобразования связано в первую очередь с возможностью миниатюризации схемного решения за счет применения чип-конденсаторов. Рост частоты преобразования влияет на повышение уровня собственного потребления, что негативно сказывается на эффективности преобразования при малых токах нагрузки, однако эту проблему TI решает с помощью специально организованных энергосберегающих режимов работы, позволяющих поддерживать КПД преобразования на высоком уровне.                 .
Подавляющая часть преобразователей (более 75%) рассчитана на работу в промышленном температурном диапазоне от -40 до 85°С.

Устройства для применения в автомобилях могут работать в диапазоне до +125°С. Незначительную долю занимают преобразователи с температурным диапазоном от -30 до 85°С, от -20 до 85°С и от 0 до 70°С.                 .
Такое многообразие вызвано непрерывным ужесточением требований к занимаемому корпусом пространству (площади посадочного места и высоте).

Выбор повышающего преобразователя осуществляют по максимальному току коммутации (Iком), требования к которому определяют исходя из максимального тока нагрузки (Iнагр), выходного напряжения (Vвых) и минимального входного напряжения (Vвх.мин):

                                                                                    (1.1)

   Таблица 1.1 - Повышающие преобразователи -DC/DC

Максимальный ток через коммутатор, мА

 

4500

 

 

 

 

TPS61030

2200

 

 

 

 

TPS61050- В разработке

2200

 

 

 

TPS61090

 

1500

 

 

TPS61029

 

1500

 

 

 

 

 

TPS61059

 

1500

 

 

TPS61020

 

1500

 

TPS61100

 

 

 

 

1300

 

 

 

 

TPS61081

 

1300

 

 

 

TPS61020

 

1000

 

 

 

 

 

TPS61058

 

1000

 

TPS61000,TPS61010

 

 

 

600

 

 

TPS61028

 

600

 

 

 

 

 

TPS61140

 

600

 

 

 

 

 

TPS61150

 

600

 

 

TPS61070

 

600

 

 

 

 

TPS61080

 

600

 

TPS61001/2,TPS61011/2

 

 

 

400

 

 

 

TPS61040

400

 

 

 

 

 

TPS61060

 

0,8

0,9

1,8

2,5

2,7

3,3

4,5

5,5

6

 

Входное напряжение, В

Рассмотрим еще одну новую разработку TI - семейство повышающих преобразователей TPS6107x. Их важной привлекательной чертой является возможность работы от одно-, двух- и трехэлементной щелочной NiCd- или NiMH-батареи, а также одноэлементной литиево-ионной или литиево-полимерной батареи. При питании напряжением 0,9 В преобразователи способны формировать напряжение 3,3 В при токе нагрузки 75 мА. Если требуется более высокая нагрузочная способность, то необходимо изменить количество элементов в батарее. Так, например, при входном напряжении 1,8 В и том же выходном напряжении 3,3 В нагрузочная способность возрастает вдвое и составляет 150 мА. Если же преобразователь формирует напряжение 5 В и питается от источника напряжением 3,3 В или литиево-ионной батареи, то ток нагрузки может быть до 200 мА. Преобразователи обладают сопоставимым КПД с рассмотренными выше понижающими преобразователями. В данном случае КПД достигает 90% (у понижающих он может достигать 95%). Это стало возможным, благодаря применению на выходе синхронного преобразовательного каскада на МОП-транзисторе (обычно, в качестве нижнего ключевого элемента, использовался диод Шоттки, которому свойственны более высокие потери при низких выходных напряжениях), а также малому собственному потребляемому току (типичное значение 19 мкА).

Применение синхронного МОП-транзистора в выходном каскаде также позволило реализовать функцию отключения нагрузки после перевода преобразователя в режим отключения (через вывод EN). Информация о представителях семейства TPS6107x и их различиях представлена в таблице 2.


Таблица 1.2 - Семейство повышающих преобразователей TPS6107x

Наиме-нование

Час-тота

Выходное

Экономич-ный режим

Порог реагирования

Корпус

Темпе-ратура

TPS61070DDC

1200

Регулируемое

Включен

≤0,2хVBAT 

³0,8хVBAT 

6-выв.

От -40 до 85°C

TPS61071DDC

1200

Регулируемое

Отключен

≤0,2хVBAT 

³0,8хVBAT 

TSOT-23

TPS61072DDC

600

Регулируемое

Отключен

≤0,2хVBAT 

³0,8хVBAT 

 

TPS61073DDC

600

Регулируемое

Включен

≤0,4 В

³1,2 В

 

1.2  Описание работы структурной схемы

На рисунке 1.1 показана структурная схема преобразователя напряжения 12/300В. На ней отображён принцип работы устройства.  

Рисунок 1.1

Работа устройства по данной структурной схеме выглядит следующим образом. При включении напряжение поступает на фильтр, проходит через схему плавного запуска и далее поступает на двухтактный ШИ контролер. С выхода ШИ контролера через  схему согласования (1,2) и коммутатор (1,2) первого                      канала напряжение поступает на преобразователь - трансформатор, далее на                                        выпрямитель далее на стабилизирующий фильтр. Со стабилизирующего фильтра на резистивный делитель, затем с делителя на нагрузку.

Схема контроля разрядки аккумулятора предназначена для оповещения и контроля уровня энергии в аккумуляторной батарее. Оповещение осуществляется световым индикатором.

Для стабилизации выходного напряжения применена обратная связь по напряжению, с делителя выходное напряжение поступает обратно на вход ШИ контролера. Задающий генератор задаёт частоту преобразования, около 40кГц.

1.3 Описание работы принципиальной схемы

На рисунке 1.2 показана принципиальная схема преобразователя напряжения 12/300В.

Рисунок 1.2

Преобразователь построен на трансформаторе Т1 по классической схеме двухтактного преобразователя с выводом средней точки первичной обмотки.

Основа устройства — двухтактный ШИ контроллер DA1, собираемый из микросхемы КР1114ЕУ4, выход которого включен по схеме эмиттерного повторителя.

Частота преобразования составляет около 40 кГц, она задана резистором R3 и конденсатором СЗ.

Плавный пуск преобразователя обеспечивается элементами R4, R7, С9, VT7. Это защищает плавкую вставку FU1, переключательные транзисторы VT5, VT6 и выпрямительные диоды VD7— VD10 от перегрузки во время переходного процесса, когда сглаживающие конденсаторы С18—С20 заряжаются. При подаче питающего напряжения конденсатор С9 заряжается, транзистор VT7 в этот момент закрыт.

По мере зарядки конденсатора транзистор VT7 открывается и напряжение на входе компаратора “мертвого времени” (вывод 4 DA1) уменьшается. За счет этого коэффициент заполнения импульсов контроллера плавно увеличивается от нуля до максимального значения (48 %). Данное решение, в отличие от обычно применяемой RC-цепи, позволяет получить максимальную скважность управляющих импульсов за счет крайне малого сопротивления сток—исток транзистора VT7 в открытом состоянии. Диод VD2 ускоряет разрядку конденсатора С9 при отключении питающего напряжения.

Транзисторы VT1, VT2, а также VT3, VT4 — эмиттерные повторители, которые обеспечивают быструю перезарядку емкости затворов полевых транзисторов VT5, VT6. Диоды VD3, VD4 шунтируют резисторы R8, R9 в цепях затворов, ускоряя процесс закрывания этих транзисторов, уменьшая тем самым потери при переключении. Для ограничения выбросов напряжения на стоках транзисторов VT5, VT6 до безопасного значения установлены ограничительные диоды VD5, VD6.

Для стабилизации выходного напряжения применена обратная связь по напряжению на встроенный ШИ контроллер DA1 усилитель сигнала ошибки. Выходное напряжение преобразователя через резистивный делитель R14R15 поступает на неинвертирующий вход этого усилителя (вывод 1 DA1).На инвертирующий вход усилителя (вывод 2) через резистор R1 поступает напряжение со встроенного источника образцового напряжения (5 В) с вывода 14 DAI. Повышение выходного напряжения приводит к линейному уменьшению длительности импульсов на выводах 9 и 10 ШИ контроллера DA1, что приводит к уменьшению выходного напряжения, т. е. его стабилизации.

С помощью резисторов R1 и R2 установлен коэффициент усиления встроенного усилителя сигнала ошибки, равный примерно десяти. Это позволило не допустить существенной разницы в длительности управляющих импульсов на выводах 9 и 10 ШИ контроллера.

На элементах DA2, HL1, R10-R13 выполнен узел контроля разрядки аккумуляторной батареи. Питающее напряжение с делителя R10, R11 поступает на управляющий вход микросхемы DA2 — параллельного стабилизатора напряжения, который применен в качестве компаратора. При напряжении на управляющем входе более 2,5 В через светодиод HL1 протекает ток, свечение которого сигнализирует о нормальном напряжении аккумуляторной батареи, а отсутствие свечения — о ее разрядке. Диод VD1 защищает устройство от неправильной полярности питающего напряжения — в случае возникновения такой ситуации сгорает плавкая вставка FU1. Питающее напряжение на ШИ контроллер DA1 поступает через фильтр питания L1,C4,C6.

В устройстве применены резисторы С2-23, оксидные конденсаторы — импортные, конденсаторы С1—СЗ — К10-17, остальные — керамические для поверхностного монтажа типоразмера 0805 или 1206. Транзисторы IRF3205 заменимы на IRFI3205 или IRL3705N. транзисторы 2SC3205 и 2SA1273 — на КТ961 и КТ639 соответственно (с любыми буквенными индексами). В последнем случае желательно подобрать экземпляры со статическим коэффициентом усиления по току не менее 100. Диоды 1.5КЕ36А можно заменить на диоды 1.5КЕ39А, 1.5КЕ47А или Р6КЕ36А. Р6КЕ39А, Р6КЕ47А. a UF2007 — на FR207 или HER207. Полными аналогами ШИ контроллеpa TL494CLP являются микросхемы КА7500 и КР1114ЕУ4. После монтажа транзисторов VI5 и VT6 на плату к ним через изолирующие теплопроводящие прокладки крепят общий теплоотвод, представляющий собой алюминиевую пластину размерами 50×20 мм и толщиной 2… 4 мм. Все элементы преобразователя, за исключением светодиода, держателей плавких вставок, выключателя питания, входных и выходных гнезд, установлены на печатной плате из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1.5 мм.

2 Расчетно-конструкторская часть

2.1 Расчет основных узлов

2.1.1 Расчёт выпрямителя

Расчёт выпрямителей производится согласно техническому заданию, в котором должны содержаться данные о сети, питающей выпрямитель, и его выходные параметры.

Начинаем расчет выпрямителя, обеспечивающий следующие показатели: напряжение на нагрузке U0=300В; ток нагрузки I0=1А; коэффициент пульсации выпрямительного напряжения kп,вых=0,02; напряжение питающей сети Uc=12В;  частота сети fс=40кГц.

а) Определение сопротивления нагрузки  

Сопротивление Rн определяется согласно закона Ома по формуле;

                              Rн =(Ом)                                              (2.1)

б) Входную мощность выпрямителя определяем по закону Ома по формуле;

                                        Р0= (Вт)                                            (2.2)

в) Определяем требуемый коэффициент сглаживания фильтра

Для мостовой схемы коэффициент пульсации на входе выпрямителя равен 0,67, тогда коэффициент сглаживания на выходе выпрямителя определяется по формуле;

                               q=                                             (2.3)

г) Определяем коэффициент пульсации на выходе фильтра

                           Kп,вых=, что лучше заданного.                    (2.4)

д) Находим обратное напряжение на выпрямителе по формуле;

                              Uобр.max=1,57Uвх.=1,57*300=471В                                       (2.5)

е) Находим долю выпрямленного тока по формуле;

                                              Iср = 0,5I0 =0,5*1=0,5(А)                                             (2.6)

Выбираем из справочника диод UF2007. Его данные: допустимый выпрямительный ток Iдоп.=4А; допустимое обратное напряжение Uобр.доп.=500В; tокр,доп=1300С.

Как видно из данных, ни по одному из параметров у выбранного диода не достигается предельный режим. Диоды в теплоотводе не нуждаются. В схеме моста используются четыре диода.

2.2 Разработка конструкции печатного узла устройства

2.2.1 Выбор элементов схемы

Данное устройство  эксплуатируется в закрытом помещении при нормальной температуре, влажности и давления воздуха. Температура при этом составляет 20°±10°С, давление 720-780 мм. р. с., и влажности 50-70%.      

Все элементы устройства выбраны в соответствии с ОСТ4-010.030.-81.

Исходя из показаний схем потребляемая мощность  резисторов не превышает 0,5 Вт. Исходя из этого выбираем самые распространенные металлопленочные лакированные теплостойкие резисторы  С2-23 ОЖ0.467.134ТУ. Данные резисторы имеют небольшие размеры. Их сопротивление от 10 Ом до 1 МОм, допуск ±10% от номинального значения рассеиваемой мощности 0,5 Вт.

Конденсаторы электролитические фольговые алюминиевые типа К50 с номинальным напряжением 16,25,63,450В. Их положительное качество в том, что они могут иметь емкость до сотен и даже тысяч микрофарад при относительно небольших габаритах. Большое сопротивление электролита приводит к тому, что тангенс диэлектрических потерь конденсатора достигает значение 1,0. Данные конденсаторы имеют допуск отрицательных температур “Н” (неморозостойкие t=-10°С). Электролитические алюминиевые конденсаторы допускают эксплуатацию при температуре не более +60°С. Конденсаторы керамические К10-17 и Кер. ЧИП конд с рабочей температурой от  -40+85 и интенсивность отказов 0,01.

При понижении температуры окружающего воздуха до -10°С емкость уменьшаться более чем в 2 раза, а при увеличении до предельного значения увеличивается на 20–30%.     

Так как при изменении температуры на 20°С (то есть рабочий предел температур составляет примерно от +5 до +45°С) изменяться параметры схемы.

Изменение емкости конденсатора, в результате изменяется параметр фильтров. И может измениться форма напряжения. Так же меняться сопротивление резисторов (при повышении температуры от +20 до+60°С интенсивность отказа элементов увеличивается в 5 раз). Изменение сопротивления может способствовать “выходу из строя” некоторых элементов. При повышении температуры, в диодах, увеличивается обратный ток диода вследствие увеличения числа основных носителей.

Коммутационные устройства - кнопка и предохранители подобраны в соответствии с номинальными значениями входного напряжения и максимально допустимого тока.

Для кнопки «PS700L», максимально входное напряжение 30В, ток 0,35А.

Для предохранителей FU1 марка ВП2Б-1В максимальный ток 5А, FU2 марка ВП2Б-1В максимальный ток 0,25А.

2.2.2 Выбор типа печатной платы

Все печатные схемы по конструкции подразделяют на однослойные и многослойные. Однослойные печатные платы всегда имеют один изоляционный слой,    на который наноситься печатный проводник. Если он расположен на одной стороне изоляционного основания, то такая плата называется односторонней, если на двух сторонах изоляционного основания, то плата называется двухсторонней. Многослойная печатная плато состоит из нескольких печатных слоев изолированных склеивающимися прокладками.  Многослойная печатная плата имеет соединение между проводниками расположенными в различных слоях или открытый доступ к отдельным участкам проводников внутренних слоев для припайки к ним электрорадиоэлементы.

Процесс изготовления изоляции печатной платы с печатным монтажом состоит из двух основных операций:

а) создание изображений печатных проводников:

1) копирование изображения с негатива на светочувствительный слой;

2) печатание изображение защитной краской через сетчатый трафарет или с помощью офсетной формы.    

б) создание токопроводящего слоя на изоляционном основании.

Самое большое распространение получили три метода токопроводящего слоя. Химический, при котором производиться вытравливание незащищенных участков фольги предварительно наклеенной на диэлектрик. Электрохимический, при котором методом химического осаждения создается слой металла толщиной 1 – 2 мкм, который затем наращивается гальваническим способом до нужной толщины. При этом методе одновременно с проводниками металлизируются стенки отверстий, которые можно использовать как перемычки для соединения проводников расположенных на различных сторонах платы. Комбинированный метод. Сущность его состоит в том, что сочетаются химический и электрохимический метод. При использовании комбинированного метода проводники получаются травлением фольги и металлизируются отверстия электрохимическим методом. Метол, нанесенный на стенки отверстия, должен быть соединен с контактной площадкой по всему периметру отверстия. При установке объемных проводников и выводов элементов металлизированные монтажные отверстия обеспечивают надежные впаянные контакты. В этом случае припой затекает в отверстие и контактирует не только с частью вывода, но и со стенкой отверстия и той частью вывода, которая расположена в нем. Использование не металлизированных отверстий приводит к меньшей надежности пайки. В данное время для изготовления печатных плат применяют химический и комбинированный метод. Химический метод обеспечивает большую производительность при этом не может быть получена высокая плотность монтажа, кроме того, он не может обеспечить высокую надежность пайки. Платы, изготовленные этим способом уступают платам, изготовленным электрохимическим способом.

Электрохимический способ можно использовать как для одностороннего и для двухстороннего монтажа. В данном случае для схемы повышающего преобразователя напряжения целесообразно использовать электрохимический способ получения плат при одностороннем монтаже. Использование одностороннего монтажа объясняется тем, что схема не сложна и все дорожки можно расположить на одной стороне платы. Тем более что односторонняя плата уменьшает стоимость конструкции, значительно упрощает ее изготовление и ремонт.

Для изготовления преобразователя напряжения 12/300В выбираем плату с односторонним монтажом.

2.2.3 Выбор способа установки элементов на печатную плату

Печатную плату с установленными на ней электрорадиоэлементами называют печатным узлом.

Если электрорадиоэлементы имеют штыревые выводы, то их устанавливают в отверстие печатной платы и запаивают. Если корпус электрорадиоэлементов имеет планарные выводы, то их припаивают к соответствующим площадкам внахлест.

Электрорадиоэлементы со штыревыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны. Для платы с односторонней фольгой – на стороне, где нет фольги. Это обеспечивает возможность высокопроизводительных процессов пайки, например пайку «волной».

При размещении электрорадиоэлементов на печатной плате необходимо учитывать следующее:

а) полупроводниковые приборы и микросхемы не следует располагать близко к элементам, выделяющим большое количество теплоты, а также к источникам сильных магнитных полей (постоянным магнитам, трансформаторам и др.).

б) должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха в зоне расположения элементов, выделяющих большое количество теплоты.

в) должна быть предусмотрена возможность легкого доступа к элементам, которые подбирают при регулировании схемы.

При выборе межцентрового расстояния L, высоты H и других размеров следует

учитывать, что для всех типов электрорадиоэлементов ограничено минимальное расстояние от корпуса элемента, на котором можно производить гибку вывода, и минимальное расстояние от корпуса до места приложении паяльника при пайке.

Элементы установленные по типу Iа (рисунке 1) могут работать в более жестких условиях чем элементы установленные по типу IIа (рисунке 2) и IIIа (рисунке 3).    

                            

                          Рисунок 1 - Установка элементов по типу Iа

                                      

                          Рисунок 2 -  установка элементов по типу IIа

                                           

                          Рисунок 3 -  Установка элементов по типу IIIа

В зависимости от конструкции конкретного типа элемента и характера механических воздействий, действующих при эксплуатации (частота и амплитуда вибрации, значение и длительность ударных перегрузок и др.), ряд элементов нельзя закреплять только пайкой за выводы – их нужно крепить дополнительно за корпус.

Крепление за корпус в зависимости от конструкции и массы элемента можно производить приклейкой к плате специальными мастиками или клеями, прилакировкой в процессе влагозащиты печатного узла, заливкой компаундом, привязкой нитками или проволокой, с помощью скоб, держателей и другими методами.

Электрорадиоэлементы должны располагаться на печатной плате так, чтобы осевые линии их корпусов были параллельны или перпендикулярны друг другу. Это обеспечит при необходимости возможность применения специальных машин для автоматической установки и пайки электрорадиоэлементов на печатной плате. При большом количестве микросхем в однотипных корпусах  их следует располагать правильными рядами.

Зазор между корпусами должен быть не менее 1,5 мм (в одном из направлений). Указанный зазор необходим для возможности захвата микросхемы специальными устройствами при автоматической установке.  

Элементы имеющие большую массу следует размещать вблизи мест крепления платы и закреплять на шасси аппаратуры.

При изготовлении печатного узла преобразователя напряжения 12/300В установку элементов будем выполнять по типу Iа.

Трансформатор расположим на краю платы, остальные элементы не имеют больших размеров, и их вес не будет влиять на прочность платы.

2.2.4 Выбор материала печатной платы

Для изготовления печатной платы нам необходимо выбрать следующие материалы: материал для диэлектрического основания печатной платы, материал для печатных проводников и материал для защитного покрытия от воздействия влаги. Сначала мы определим материал для диэлектрического основания печатной платы.

Существует большое разнообразие фольгированных медью слоистых пластиков. Их можно разделить на две группы:

а) на бумажной основе;

б) на основе стеклоткани.

Эти материалы в виде жестких листов формируются из нескольких слоев бумаги или стеклоткани, скрепленных между собой связующим веществом путем горячего прессования. Связующим веществом обычно являются фенольная смола для бумаги или эпоксидная для стеклоткани. В отдельных случаях могут также применяться полиэфирные, силиконовые смолы или фторопласт. Слоистые пластики покрываются с одной или обеих сторон медной фольгой стандартной толщины. Характеристики готовой печатной платы зависят от конкретного сочетания исходных материалов, а также от технологии, включающей и механическую обработку плат.

В зависимости от основы и пропиточного материала различают несколько типов материалов для диэлектрической основы печатной платы.

Фенольный гетинакс - это бумажная основа, пропитанная фенольной смолой. Гетинаксовые платы предназначены для использования в бытовой аппаратуре, поскольку очень дешевы.

Эпоксидный гетинакс - это материал на такой же бумажной основе, но пропитанный эпоксидной смолой.

Эпоксидный стеклотекстолит - это материал на основе стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой. В этом материале сочетаются высокая механическая прочность и хорошие электрические свойства.

Прочность на изгиб и ударная вязкость печатной платы должны быть достаточно высокими, чтобы плата без повреждений могла быть нагружена установленными на ней элементами с большой массой.

Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстиями. В таких платах на стенки отверстий наносится тонкий слой меди. Так как температурный коэффициент расширения меди в 6-12 раз меньше, чем у фенольного гетинакса, имеется определенный риск образования трещин в металлизированном слое на стенках отверстий при термоударе, которому подвергается печатная плата в машине для групповой пайки.

Трещина в металлизированном слое на стенках отверстий резко снижает надежность соединения. В случае применения эпоксидного стеклотекстолита отношение температурных коэффициентов расширения примерно равно трем, и риск образования трещин в отверстиях достаточно мал.

Из сопоставления характеристик оснований (см. дальше) следует, что во всех отношениях (за исключением стоимости) основания из эпоксидного стеклотекстолита превосходят основания из гетинакса.

Печатные платы из эпоксидного стеклотекстолита характеризуются меньшей деформацией, чем печатные платы из фенольного и эпоксидного гетинакса, последние имеют степень деформации в десять раз больше, чем стеклотекстолит.

Некоторые характеристики различных типов слоистых пластиков представлены в таблице 2.1

 Таблица 2.1 – Характеристики слоистых пластиков

    Тип

Максимальная рабочая температура, 0C

Время пайки при 2600С, сек

Сопротивление изоляции, МОм

Объемное сопротивление, МОм

Диэлектрическая постоянная,

Фенольный гетинакс

    110-120

      5

1 000

1·104

5,3

Эпоксидный гетинакс

    110-120

     10

1 000

1·105

4,8

Эпоксидный стеклотекстолит

    130-150

      20

10 000

1·106

5,4

В качестве фольги, используемой для фольгирования диэлектрического основания можно использовать медную, алюминиевую или никелевую фольгу. Однако, алюминиевая фольга уступает медной из-за плохой паяемости, а никелевая - из-за высокой стоимости. Поэтому в качестве фольги выбираем медь.

Медная фольга выпускается различной толщины. Стандартные толщины фольги наиболее широкого применения - 17,5; 35; 50; 70; 105 мкм. Во время травления меди по толщине травитель воздействует также на медную фольгу со стороны боковых

кромок под фоторезистом, вызывая так называемое подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Поэтому выбираем медную фольгу толщиной 35 мкм.

Для изготовления печатной платы преобразователя напряжения 12/300В в качестве материала для печатного узла выбираем фольгированный стеклотекстолит марки СФ-1-35-1,5.

2.2.5 Расчет размеров печатной платы

 

По схеме электрической принципиальной выбираются все элементы, которые будут установлены на печатной плате и их установочные размеры, все это сводится в таблицу 2.2 – Площадь и количество установочных элементов частотомера

     Таблица 2.2 – Площадь и количество установочных элементов.

Наименование и

тип элемента

S элемента, мм²

Количество элементов

Площадь группы

элементов мм²

Резисторы

С2-23 - 0,5

27,5

15

378

Конденсаторы

К50-29

32,42

4

129,6

К50-35

48,5

5

242,5

Кер. ЧИП конд.

6,1

5

30,5

К10-17Б

23,4

3

70,2

Диоды

КД103А

110

1

110

КД258Д

109

3

327

1,5КЕ

105,2

2

210,4

UF2007

98,04

4

392,16

Транзисторы

КП501А

32,04

1

37,04

КП767Б

34,3

2

70,6

КП303Г

36,6

2

73,2

КП103Е1

35,07

2

70,14

Микросхемы

КР1114ЕУ4

129,3

1

129,3

   Продолжение табл. 2.2

Наименование и

тип элемента

S элемента, мм²

Количество элементов

Площадь группы

элементов мм²

К561ТЛ1

49,3

1

49,3

Трансформатор

ТП 121-9

337,16

1

337,16

Индуктивность

ДМ 0,1

58,9

1

58,9

Итого

2887,5

Полученную элементную площадь РЭ умножаем на коэффициент заполнения – это необходимо выполнять для того, чтобы детали располагались на плате свободно, а также для удобства проведения печатных проводников.

Выбираем коэффициент заполнения равный 2, так как необходимо обеспечить максимальный теплоотвод элементов.

Общая площадь печатной платы с учётом коэффициента заполнения равна S=2887,5*2=5775 мм2

Отношение сторон печатной платы должно быть меньше или равно отношению 3/1.

Выбираем плату со сторонами 105×55 мм.    

2.2.6 Выбор шага координатной сетки

Чертежи печатных плат выполняют на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом.

Наличие сетки позволяет не ставить на чертеже размеры на все элементы печатного проводника. При этом на сетке можно воспроизвести рисунок печатной платы при изготовлении фотооригиналов, с которых будут изготавливать шаблоны для нанесения рисунка платы на заготовку.

Координатную сетку наносят на чертеж с шагом 2,5 или 1,25.

Шаг 1,25 применяется в том случае, если на плату устанавливают многовыводные элементы с шагом расположения выводов 1,25 мм.

Центры монтажных и переходных отверстий должны быть расположены в узлах (точках пересечения линий) координатной сетки.

Если устанавливаемый на печатную плату элемент имеет два вывода или более, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то отверстия под все такие выводы должны быть расположены в узлах сетки.

Если устанавливаемый элемент не имеет выводов, расстояние между которыми кратно шагу координатной сетки, то один вывод следует располагать в узле координатной сетки, а центр отверстия под другой вывод на вертикальной или горизонтальной линиях координатной сетки.

Обращая внимание на используемые РЭ в устройстве выбираем шаг координатной сетки равный 2,5 мм.

2.2.7 Разработка топологии печатной платы

Разработку топологии выполняют на ЭВМ или на бумаге, имеющей координатную сетку, нанесенную с определенным шагом, в данном случае равный 2,5 мм.

Топологический метод конструирования это графическое представление взаимного расположения элементов конструкции и соединяющих их электрических цепей с реализацией свойств, заложенных в принципиальной схеме.

Топологический метод позволяет решать задачи возможного сокращения количества проводников, их длины, числа паяных соединений,выводов на разъемы с учетом обеспечения параметров в соответствии с заданными свойствами конструкции.

Основным документом для разработки топологии при компоновке элементов радиоэлектронной аппаратуры служат принципиальные электрические схемы, схемы соединения, геометрия монтажных площадок (панелей, плат, шасси), размеры и форма размещаемых элементов. На размещение элементов значительное влияние оказывают также принятые в каждом случаи критерии оптимального конструирования.

В качестве основных критериев принимают минимальные значения:

а) расстояние между элементами, имеющими наибольшее количество соединительных проводников;

б) суммарной длины проводников;

в) количества проводников;

г) количества пересечений (для печатного монтажа);

д) количество проводников, присоединяемых к одной монтажной точке;

е) количество проводников, присоединяемых к контактам электрических соединителей, соединительных планок и других опорных точек.

С уменьшением расстояний между радиоэлектронными элементами или между проводниками появляется опасность превышения допустимых пределов паразитных связей, при этом можно ожидать и ухудшения теплового режима. Таким образом, к перечисленным выше критериям, прибавляются еще и критерии функционального качества, выражаемые электромагнитной совместимостью и тепловым градиентом.

Центры монтажных и переходных отверстий должны быть расположены в узлах (точках пересечения линий) координатной сетки.

Диаметр отверстия в печатной плате должен быть больше диаметра вставляемого в него вывода, что обеспечит возможность свободной установки электрорадиоэлемента. Диаметры отверстий в плате и диаметры контактных площадок для печатной платы приведены в таблице 2.3

   Таблица 2.3 – Диаметры отверстий в плате и диаметры контактных площадок

Диаметр отверстия в плате (мм)

Диаметр контактной площадки (мм)

0,5

1

0,8

1,5

1,3

2,5

2

2,8

Диаметр металлизированного отверстия должен составлять не менее толщины платы.

Чтобы обеспечить надежное соединение металлизированного отверстия с печатным проводником, вокруг отверстия делают контактную площадку. Контактные площадки отверстий делать в виде кольца.

Отверстия на плате располагать таким образом, чтобы расстояние между краями отверстий было не меньше толщины платы. В противном случае перемычка между отверстиями не будет иметь достаточной механической прочности.

Контактные площадки, к которым будут припаиваться выводы от планарных корпусов, делать прямоугольными.

Печатные проводники выполнять прямоугольной конфигурации,  располагая их параллельно линиям координатной сетки.

2.2.8 Выбор технологического метода  производства печатной платы

Разнообразие базовых методов изготовления печатных плат зачастую ставит перед необходимостью выбора схемы процесса для воспроизведения рисунка заданного класса точности. При выборе можно руководствоваться рядом критериев, оговоренных в ГОСТ23751.

Рассмотрим четыре основные  схемы методов и способов производства печатных плат:

а) тентинг-метод (с прямой металлизацией);

б) комбинированный позитивный метод (с прямой металлизацией);

в) комбинированный позитивный метод (с химической металлизацией);

г) полуаддитивный метод с дифференциальным травлением.

Тентинг-метод это самый дешевый и быстрый процесс изготовления печатных плат, при котором металлизация отверстий происходит по всей поверхности.

При тентинг-методе воспроизводимость рисунка проводник изазор 0,14/0,14 мм.

Комбинированный позитивный метод позволяет воспроизводить более тонкие проводники за счет меньшей толщины вытравливаемого металла. Толщина используемых в этом методе фоторезистов определяется лишь тем, что толщина рельефа должна быть больше толщины наращиваемой в этом рельефе металлизации (проводников).

Нужно принять во внимание, что при травлении меди по металлорезисту включается в работу гальваническая пара медь–металлорезист (олово — свинец) и подтравливание может занять больше времени. Но использование интенсивного струйного травления с большим напором струй может нейтрализовать это явление.

Полуаддитивный метод с дифференциальным травлением позволяет воспроизводить еще более тонкие проводники, чем вышеуказанные методы. На нефольгированный диэлектрик осаждают минимальный слой меди, чтобы обеспечить возможность дальнейшей металлизации проводников и отверстий. И так как вытравливается только этот минимальный слой (около 3 мкм), то величина подтравов минимальна (до 2мкм), что позволяет воспроизводить проводники малой ширины. В этом случае воспроизведение рисунка определяется преимущественно толщиной используемого фоторезиста, толщина которого должна создать рельеф для металлизации, чтобы она не «выплескивалась» за границы трассы.   Поэтому и    в этом методе вынуждены применять относительно «толстый» фоторезист толщиной        около  30 мкм.

Величина П/З для данного метода определяется разрешением фоторезиста и может составлять 0,02/0,02 мм.

Вывод:

Выбор метода изготовления существенно сказывается на точности воспроизведения рисунка печатных плат.

Тентинг-метод при всех его преимуществах не может претендовать на воспроизведение рисунка выше 4 класса по ГОСТ 23751.

Прецизионные печатные платы с проводниками и зазорами около 50 мкм и менее могут быть изготовлены только полуаддитивными методами в сочетании с дифференциальным травлением.

Для изготовления печатной платы преобразователя напряжения 12/300В используем  комбинированный позитивный метод (с прямой металлизацией).

2.2.9 Выбор способа защиты печатного узла

Проблема надежности радиоаппаратуры тесно связана с защитой деталей узлов и аппаратуры от воздействия окружающей среды. Особенно важно учитывать воздействие на радиоаппаратуру во время ее эксплуатации высокой и низкой температуры, тепловых ударов, разреженности воздуха высокой влажности, радиации механических ударов и вибрации.

Воздействие перечисленных факторов на изделие неодинаковы. Особое место среди этих факторов занимает термическое воздействие. Положение осложняется тем, что тепло проникает в аппаратуру не только снаружи но и изнутри за счет рассеивания мощности элементов.

При работе аппаратуры при низких температурах может произойти тепловой удар. То есть на поверхности элементов и печатной платы возникает конденсат. При этом могут возникнуть следующие неисправности: нарушается стабильность рабочей частоты; изменяются электрические параметры отдельных узлов (конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов и так далее); появляются утечки и замыкания в соединительных кабелях и электрических разъемов ухудшается изоляция деталей и узлов. Конденсат на поверхности деталей, контактах и дорожках печатной плат образует проводники, которые шунтируют их.

Предохранение деталей и узлов от влаги одна из важнейших задач проектирования радиоаппаратуры. За последние годы все более широко применяется специальная технология обработки деталей и узлов. Детали обрабатываются снаружи или пропитываются слоем электроизоляционного материала обладающего малой влагопроницаемостью и обеспечивающего надежную герметизацию деталей от окружающей среды. Тем самым обеспечивается защита от влаги, химически агрессивных веществ, плесени и микроорганизмов.

Следует иметь в виду, что герметизация имеет следующие недостатки:

а) усложняется ремонт;

б) увеличивает паразитные емкости и диэлектрические потери;

в) возникает возможность появления механических напряжений при усадке герметизирующего материала.

Методы защиты сводятся к нескольким основным процессам:

пропитка;

а) заливка;

б) обволакивание;

в) опрессовка;

г) герметизация.

Не один из этих методов не является универсальным и имеет преимущества и недостатки.

Пропитка. Этим методом пользуются для заполнения микропор и капилляров в волокнистых изоляционных материалов. Одновременно с этим происходит частичное заполнение промежутков.

Пропитка не только повышает влагостойкость, но и способствует увеличению электрической и механической прочности, сопротивление изоляции и теплопроводность обмоток, а так же химическую стойкость.

Однако следует отметить, что тонкая пленка лака не способна  надежно защитить плату от влаги при длительном воздействии так как абсолютно влагонепроницаемых лаков не существует.

Наиболее часто для покрытия печатных плат используется лак УР231

Для защиты печатного узла нашего устройства после проверки и настройки покрыть с обеих сторон лаком УР231 ТУ 6-21-14-90.   

2.3 Разработка конструкции прибора

2.3.1 Общие требования к конструкции прибора

При проектировании каждого радиоэлектронного изделия необходимо учитывать комплекс требований, отражающих требования эксплуатации.

Устройство должно быть сконструировано таким образом, чтобы его можно было эксплуатировать неквалифицированным потребителям.

Корпус прибора является важной частью изделия и во многом определяет эксплутационные и технологические характеристики.

2.3.2 Выбор корпуса устройства

Важной частью изделия является корпус устройства, он во многом определяет эксплутационные и технические характеристики. Корпус устройства должено удовлетворять следующим требованиям:

а) однозначно определять взаимное расположение всех составных частей изделия;

б) обеспечивать заданный тепловой режим (вентиляция деталей прибора);

в) иметь прочную и жесткую конструкцию и обеспечивать защиту всех элементов прибора от механических  повреждений;

г) иметь минимальный вес и габариты;

д) позволять легко и быстро подключать устройство к другим устройствам, связанным с ним;

е) обеспечивать защиту изделия от влаги и пыли в ряде случаев.

Обслуживание устройства (периодические профилактические и ремонтные работы) должно быть простым. Для этого должны быть обеспечены:

а) удобный монтаж и демонтаж аппарата;

б) легкий доступ к узлам прибора;

в) возможность быстрой замены узлов и деталей, обладающий наименьшим сроком службы.

Для изготовления преобразователя напряжения 12/300В выбираем корпус, покупной, марки G447 (150х80х60), изготовленный из полистирола и доработанный для установки коммутирующих и предохраняющих устройств, и который удовлетворяет нашим требованиям.

2.3.3 Компоновка устройства

Важным фактором при разработке конструкции какого-либо устройства является компоновка радиотехнического изделия.

Компоновка радиотехнического изделия – это часть процесса конструирования, во время которого определяются формы и габаритные размеры всего аппарата, а также взаимное расположение отдельных узлов, деталей и блоков. От качества компоновки в значительной степени зависит технические, технологические и эксплуатационные характеристики изделия, а также его надежность и ремонтопригодность. В процессе компоновки необходимо соблюдать следующие требования:

а) между отдельными узлами, приборами и блоками должны отсутствовать паразитные электрические взаимосвязи, влияющие на технические характеристики изделия; тепловые и механические влияния элементов конструкции не должны ухудшать их технических характеристик;

б) взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечивать технологичность сборки и монтажа, легкий доступ к деталям для контроля и ремонта;

в) расположение конструктивных органов управления и отсчетных устройств должно обеспечивать максимальные удобства для пользователя;

г) изделия должны удовлетворять требованиям технической эстетики;

д) габариты и вес изделия должны быть минимальными.

Реализовать все перечисленные требования одновременно не удается, поэтому приходится искать компромиссное оптимальное решение. Радиотехнические изделия имеют разное назначение и состоят из различного количества элементов, например, радиоприемник – блок, а радиолокационная станция – стойка со многими блоками.    

Однако следует отметить, что габариты и вес изделия в значительной мере зависят от принятых схемных решений и используемых радиоэлементов. Мерой эффективности мероприятий по уменьшению габаритов аппаратуры является плотность монтажа – среднее количество радиоэлементов, уменьшающееся в единице объема.

Устройство при необходимости должно искусственно охлаждаться. Наличие охлаждения зависит от выделяемого электрорадиоэлементами тепла. Чем больше выделяемое тепло, тем сильнее устройство должно охлаждаться.  

Удовлетворить одновременно всем перечисленным требованиям в большинстве случаев не представляется возможным. Поэтому процесс компоновки, как и всякий процесс конструирования, сводится к нахождению оптимальных решений.

При конструировании устройства все элементы стремятся скомпоновать в виде одного блока, удобного для эксплуатации.

Плата крепится на основание корпуса на четыре сквозных винта через пластмассовые втулки высотой 4 мм.

На левой стороне корпуса расположены два гнёзда для источника питания с соответствующей маркировкой: «+12», «-12», там же располагается держатель для предохранителя FU1.

На лицевой стороне (крышки) корпуса расположены кнопка включения устройства (PS700L), и светодиод HL1, который крепится через отверстия на лицевой панели клеем. Справа, на корпусе крепится разъём двухконтактный    (ВД1-1), рядом с ним держатель для предохранителя FU2.

Крышка выполняет роль лицевой панели.

На левой и правой боковых панелях корпуса предусмотрены отверстия диаметром 2 мм для естественной вентиляции воздуха. Снизу корпуса для большей устойчивости устройства приклеены по углам 4 квадратных резиновых пластины (10х10х1,5).

Лицевая панель, выполняющая роль крышки корпуса, крепится к корпусу при помощи четырёх винтов.

2.4 Расчет надежности

Эффективность автоматизации любых процессов и систем существенно зависит от надежности аппаратуры. Поэтому надежность является центральной проблемой современной техники. Для решения этой проблемы на предприятиях созданы специальные лаборатории, а инженеры занимающиеся проектированием, изготовлением и эксплуатации сложных систем, все чаше стали обращаться к теории надежности.

Теория надежности это наука, изучающая закономерности отказов тех или иных устройств. В радиотехнических устройствах время возникновения отказов зависит от большого числа случайных факторов, его трудно рассчитать и еще труднее измерить. Это объясняется случайным изменением условий эксплуатации (нестабильностью питающего напряжения, вариацией климатических условий и так далее). технологического процесса, условий транспортировки.

Невозможность точного предсказания момента возникновение отказа – существенный недостаток теории надежности, использующий метод теории вероятности.

Надежность радиоаппаратуры разных типов зависит от количества качества комплектующих деталей и узлов, качества сборки и монтажа, режим работы каждого элемента и условий эксплуатации.    

Данное устройство содержит большое количество элементов и соединений, которые потенциально могут оказаться причиной отказа всего устройства в целом. Поэтому необходимо рассчитать надежность устройства, учитывая все эти элементы. Для удобства расчетов все эти элементы сведены в таблицу.

Все промышленные понятие изделия характеризуются качеством, то есть совокупностью свойств, которые существенно отличают данное изделие от других и определяют степень его пригодности для эксплуатации по своему назначению. Для измерительной аппаратуры это, прежде всего совокупность конструктивных, технологических, электрических, тепловых и эргономических характеристик.

Качественные показатели изделий оцениваются также способностью к функционированию в условиях внешних помех (радиации, вибрации, ударным перегрузкам, резко изменяющимся климатическим условиям) и используются при производстве уровнем унификации и стандартизации.

В процессе эксплуатации устройства в результате износа необратимых процессов старения характеристики аппаратуре будут изменяться. Изменением качества во времени характеризуют один из главнейших его показателей, называемый надёжностью.

Надёжность - это сложное комплексное понятие, с помощью которого оценивают

такие важнейшие характеристики изделий, как работоспособность, долговечность, безотказность, ремонтопригодность,  восстанавливаемость и др. в связи со сложностью содержания понятия надёжности её невозможно точно рассчитать, можно лишь приближенно оценить для создаваемых ранее устройств и приближенно прогнозировать для вновь создаваемых. Надёжность устройства в целом в значительной мере определяется надёжностью составляющих его компонентов. Границы сложности устройств зависят в основном от достижимого уровня надёжности составляющих и технических средств.

Работоспособность - состояние изделия, при котором оно способно выполнять заданные функции с параметрами, установленными требованиями технической документации.

Отказ - это случайное событие, заключающееся в нарушении работоспособности изделия. Различают внезапные и постепенные отказы:

а) внезапными  отказами называются такие, которые возникают в результате мгновенного изменения одного или нескольких параметров аппаратуры;

б) постепенные отказы - такие, при которых наблюдается постепенное изменение главных параметров аппаратуры либо из-за их износа, либо из-за старения.

Наработка - продолжительность работы аппаратуры, измеряемая временем, циклами, периодами и т.п.

Для обеспечения надежности приборов необходимо в процессе их эксплуатации соблюдать следующие правила:

а) Рабочие напряжение, токи и мощности не должны превышать максимальных допустимых. Нельзя использовать прибор в режиме, когда одновременно два параметра достигают максимальных допустимых значений.

б) Транзисторы не должны даже короткое время работать с отключенной базой. Для увеличения стабильности их работы сопротивление цепи базы должно быть минимальным.

в) Желательно снижать рабочую температуру прибора. Если она на 10С ниже предельной, то число отказов снижается вдвое.

г) Рекомендуется защищать прибор от перенапряжении. Для этого могут применяться схемы стабилизации напряжения питания. Необходима подача питающих напряжение неправильной полярности.              

д) Пайку выводов надо делать паяльником мощностью не выше 60Вт не ближе 10мм от корпуса в течение не более 5сек.

е) Изгиб выводов можно делать не ближе 10мм от корпуса.

ж) Не следует располагать приборы вблизи нагревающихся деталей. Желательно всегда обеспечить, возможно, лучший теплоотвод от корпуса прибора.

з) Не рекомендуется крепить прибор только на выводах.

и) Недопустимо проверять полупроводниковые приборы при помощи таких омметров, которые могут создать в приборе опасные для него токи или напряжения.

Расчет надёжности ведется следующим образом:

Из специальных справочников выбираются данные об интенсивности отказов различных элементов прибора. Далее выбираются коэффициенты влияния на интенсивность отказов прибора. Влияние окружающей среды с=1,5, т.к. прибор является портативным для нахождения в полевых условиях.

Температурный поправочный коэффициент, в среднем для полевых условий Т=1.Уровень электрической нагрузки на прибор берется по максимальной номинальной, для конденсаторов  Н=3,  для всех остальных  элементов прибора -1,5. Все коэффициенты сводятся в таблицу 2.4

   Таблица 2.4 - Расчёт надёжности преобразователя напряжения

Наименование

1/ч

Кол-во

1/ч

1/ч

Конденсаторы

К50-29

0,04

4

0,16

1

1,5

3

0,24

К50-35

0,04

5

0,20

1

1,5

3

0,3

Кер.ЧИП конд.

0,03

12

0,36

1

1,5

2

0,54

К10-17Б

0,04

3

0,12

1

1,5

3

0,18

   Продолжение табл.2.4

Наименование

1/ч

Кол-во

1/ч

1/ч

Резисторы

С2-23 - 0,5

0,05

15

0,75

1

1,5

1,5

1,12

Микросхемы

КР1114ЕУ4

0,3

1

0,3

1

1,5

1,5

0,45

К561ТЛ1

0,3

1

0,3

1

1,5

1,5

0,45

Диоды

КД103А

0,05

1

0,05

1

1,5

1,5

0,075

КД258Д

0,05

3

0,15

1

1,5

1,5

0,22

1,5КЕ

0,05

2

0,10

1

1,5

1,5

0,15

UF2007

0,05

4

0,20

1

1.5

1.5

0,3

Транзисторы

КП501А

0,3

1

0,3

1

1,5

1,5

0,45

КП767Б

0,3

2

0,6

1

1,5

1,5

0,9

КП303Г

0,3

2

0,6

1

1,5

1,5

0,9

КП103Е1

0,3

2

0,6

1

1,5

1,5

0,9

Индуктивность

ДМ 0,1

0,2

1

0,2

1

1,5

1.5

0,3

Кнопки

0,56

1

0,56

1

1,5

1,5

0,84

Соединения паянные

0,001

131

0,131

1

1,5

1,1

0,144

I - коэффициент интенсивности отказа

гр.- коэффициент группоовй интенсивности отказа элемента

t - поправочный коэффициент, учитывающий влияние температуры

н  -поправочный коэффициент, учитывающий величину нагрузки

с – поравочный коэффициент, учитывающий влияние окружающей среды

Рассчитаем приведенную групповую интенсивность отказов всех элементов с учетом факторов:

'0=+0,24+0,3+0,54+0,18+1,12+0,45+0,45+0,075+0,22+0,15+0,3+0,45+0,9+0,9+0,9+0,3+0,84+0,144=8,47

Важной характеристикой работы аппаратуры является среднее время безаварийной работы (или средняя наработка на отказ) Тср. Физически это означает следующие: аппаратура после включения работает в течение случайного интервала времени, до первого отказа, причем этот интервал времени для одинаковых изделий меняется от образца к образцу, сохраняя свое среднее значение Тср относительного которого отклоняется значение случайного интервала времени безаварийной работы.

Средняя наработка на отказ определяется по формуле:

                                           Тср=                                                               (2.4.1)

                                 Тср=1/8,47х10-5=11806ч.

Одной из основных характеристик является надежность или вероятность безотказной работы P(t).  Рассчитаем ожидаемую вероятность безотказной работы прибора, в течение интервала времени непрерывной работы (t).

Вероятность безотказной работы равна

                                       Р(t)=e-0*t                                                                                               (2.4.2)

                            Р(t)= е-8,47х1000= 0, 97 = 97%

Исходя из результатов расчётов, устройство имеет большую наработку на отказ и большой процент безотказной работы, следовательно, устройство по этим показателям вполне   конкурентоспособно.

3 Экономическая часть

 

3.1 Экономическое обоснование конструкторских решений

Различные решения, принимаемые в процессе проектирования, влияют на  улучшение экономических показателей эксплуатации радиоизделий:

а) повышение надежности работы и удлинение срока службы быстроизнашивающихся узлов и деталей, сокращающиеся расходы по ремонту;

б) повышение в конструкциях проектируемых изделий  (блоков) удельного веса  стандартизированных узлов и деталей, в результате чего снижаются затраты по смене их при производстве ремонта;

в) совершенствование электрической схемы изделия (блока, узла), ведущее к уменьшению количества или стоимости применяемых радиоузлов и деталей и соответственно к уменьшению расходов по смене и в процессе эксплуатации.

г) уменьшение типов радиоузлов и деталей, применяемых в схеме изделия, что ведет к  сокращению оборотных средств, находящихся в текущих запасах;

д) совершенствование управления системой , позволяющее сэкономить время и расходы по обслуживанию;

е) уменьшение потребляемой электрической мощности и т.д.

В процессе создания новых конструкций радиоаппаратуры часто оказывается, что ту или иную конкретную техническую задачу можно решить различными способами. Возникает необходимость выбрать из этих способов самый выгодный и экономически обосновать принятое решение.

Экономический анализ обязателен на всех стадиях проектирования конструкции, так как он помогает конструктору выбрать наилучший вариант решения.

В практике конструирования нередко недооценивают роль экономического обоснования. Это приводит к тому, что нормативные материалы, использование которых позволило бы усовершенствовать методику экономического анализа проектируемых конструкций и сделало бы анализ и его выводы более обоснованными, подчас не  собираются и не систематизируются.

Многие считают, что та из конструкций являются наилучшим решением задачи, которая более совершенна в техническом отношении. Однако часто это не так. При сравнительном рассмотрении нескольких вариантов конструкции надо учитывать множество факторов как из области эксплуатации изделия, так и из области его производства.

Экономический анализ должен показать: каков экономический эффект принятого технического решения; какие затраты необходимы для достижения этого эффекта; какова эффективность внедрения новой конструкции.

Понятия «экономический эффект» и «экономическая эффективность» различны. Экономический эффект показывает, что дает обществу внедрение данного вида аппаратуры; он характеризуется получаемой экономией общественного труда, лучшим удовлетворением потребностей общества, укреплением обороноспособности страны, облегчением труда рабочих. Экономическая эффективность характеризует эффект в соотношении с затратами на его достижение. Экономическая оценка новых конструкций не может ограничиться одним только показателем, например снижением веса, или снижением себестоимости, а должна складываться из ряда показателей, всесторонне обосновывающих тот или иной вариант. Главнейшие показатели экономической оценки конструкции радиоаппаратуры таковы: снижение себестоимости изготовления; снижение затрат по эксплуатации; повышение эксплутационной надёжности; уменьшение габаритов и веса; простота обслуживания и уменьшение количества обслуживающего персонала; повышение производительности труда; удовлетворение потребности общества в новых видах радиоаппаратуры; укрепление обороноспособности страны.    Экономическое обоснование варианта той или иной конструкции радиоаппаратуры складывается из следующих элементов: расчета затрат на изготовление конструкции; расчета затрат в процессе эксплуатации радиоаппаратуры; расчета показателей экономической эффективности; выводов об экономической эффективности с учетом качественных эффектов элементов.

Затраты предприятия в процессе изготовления продукции на средства производства и на оплату труда, выраженные в денежной форме, образуют себестоимость продукции. Расчет себестоимости конкретных видов продукции называется калькуляцией.

По мере разработки технологического процесса и установления материальных и трудовых нормативов создаются предпосылки для более точного определения затрат на вновь изготовляемое изделие.

Однако вопрос об экономической эффективности новых видов радиоаппаратуры не может решаться односторонне, только с точки зрения затрат на её изготовление данным предприятием, ибо совершенствование конструкций радиоаппаратуры может привести также к изменению эксплутационных затрат. Поэтому одновременно с расчетом затрат на изготовление изделия должны быть определены и расходы, связанные с эксплуатацией аппаратуры. Практически возможны случаи различного сочетания затрат на производство и эксплуатацию, например увеличение затрат на производство при экономии эксплутационных затрат и наоборот.

В ряде случаев сумма эксплутационных затрат за все время эксплуатации радиоаппаратуры значительно превосходит стоимость её изготовления. Поэтому при конструировании радиоаппаратуры надо обеспечивать не только низкую себестоимость изготовления, но и высокую экономичность при эксплуатации. Важнейшим фактором, влияющим на размер эксплутационных расходов, является надежность радиоаппаратуры.

Одновременно с количественной оценкой эффективности проектируемой конструкции необходимо учитывать также и качественные факторы, связанные с её внедрением. В тех случаях, когда улучшение каких-либо эксплутационных качеств техники, которым не может быть дана денежная или вообще какая-либо количественная оценка, достигается при одновременном уменьшении затрат на её изготовление и эксплуатацию, никаких трудностей в определении экономической эффективности внедрения новой техники не возникает. Однако могут встретиться случаи, когда переход на новую конструкцию приводит к повышению затрат на изготовление, не перекрываемому ожидаемой экономией на эксплутационных расходах, но одновременно улучшает какие – либо параметры конструкции, которым нельзя дать количественной оценки. Если это качественное улучшение параметров имеет весьма важное значение, то конструкцию все равно признают эффективной.

Невозможность рассчитать экономичность применения спроектированной аппаратуры вовсе не служит основанием к признанию её экономически не эффективной. Как правило, аппаратура позволяющая решать качественно новые задачи, имеющие важное народнохозяйственное значение, является высокоэффективной, хотя рассчитать в денежном выражении эффективность

применения такой аппаратуры часто не удается.

В этом случае ограничиваются расчетом только затрат на изготовление конструкции.

К числу конструкций радиоаппаратуры, эффективность применения которых во многих случаях не поддается расчету, относится, прежде всего, аппаратура, предназначенная для нужд обороны, научных исследований и т.п.

Экономическое обоснование проекта аппаратуры, для которой не может быть рассчитана эффективность применения, должно состоять: из сопоставления эксплутационных качеств сравниваемых конструкций и описания эффекта от внедрения новой конструкции; из расчета себестоимости и оптовой цены спроектированной конструкции и указания на себестоимость и цены сопоставимых конструкций; из выводов о технико-экономических преимуществах спроектированной конструкции.

Фактором, определяющим стоимость эксплуатации изделия, является его надёжность. Если изделие имеет низкую надёжность, то при эксплуатации придется расходовать много средств на запасные части и на содержание высококвалифицированного обслуживающего персонала. Стоимость запасных частей может составлять значительную долю стоимости изделия, так как невозможно предугадать, какая деталь выйдет из строя, и в связи с этим приходится закладывать в запасное имущество большую номенклатуру деталей.

Поэтому повышение надежности является большим резервом по снижению стоимости эксплуатации.    

Однако следует иметь в виду, что повышение надежности достигается за счет применения более совершенных и надежных комплектующих изделий, за счет использования их в облегченных режимах резервирования и т.д.; все эти меры приводят к повышению заводской стоимости изделия. В силу перечисленных выше причин экономическую эффективность вновь разрабатываемого изделия нельзя оценивать только заводской себестоимостью. Мерой экономической эффективности  может служить стоимость

одного часа эксплуатации. Для вычисления этой характеристики следует суммировать затраты потребителя на приобретение изделия и все эксплутационные расходы за время до полной амортизации аппарата и отнести их к суммарной наработке изделия в

часах за тот же период.

Некоторые виды радиоэлектронной аппаратуры используются в промышленности для контроля над ходом технологического процесса, для автоматического управления процессом, для контроля качества продукции и для других подобных целей. Для такой аппаратуры следует экономическую эффективность определять по снижению стоимости продукции от внедрения новой аппаратуры; для этого нужно затраты на её приобретение и эксплутационные расходы относить на стоимость выпускаемой продукции и определять её с учетом этих затрат.    

3.2 Расчет оптовой цены прибора

Оптовая цена продукции складывается из затрат на производство и реализацию изделия (себестоимость) и величина прибыли.

В зависимости от способа разделения затрат на продукцию они подразделяются на прямые и косвенные.

Прямыми называются такие затраты, которые могут быть точно установлены на единицу продукции и непосредственно отнесены на данное изделие (основные материалы, производственная зарплата, покупные изделия).

Косвенными называются те затраты, которые не могут быть точно установлены на единицу продукции и поддаются лишь косвенному распределению на нее.

Они имеют комплексный характер, поскольку они включают в себя различные элементы затрат: материалы, заработную плату персонала предприятия, амортизацию и прочие денежные расходы.

На начальных этапах проектирования новой продукции ее себестоимость рассчитывается приближенными методами на основании укрупненных нормативов: рассчитывают прямые затраты (основные материалы, производственная зарплата), а косвенные затраты начисляют определенным процентом к заработной плате (общепроизводственные, общехозяйственные, коммерческие расходы), определяемые на основании данных базового предприятия (ПСЗ г. Трехгорный).

3.2.1 Расчёт прямых затрат и комплектаций

Стоимость покупных комплектующих изделий, расходуемых на одно изделие,

определяется по формуле:

                    

                                      Ркомп = Nкомп * Цкомп,                                              (3.1)

где Nкомп – количество комплектующих изделий данного наименования

Цкомп – цена единицы комплектующих изделий

Расчет стоимости основных материалов, комплектующих изделий и полуфабрикатов производится на основании технологической документации, прейскурантов оптовых цен на материалы, радиодетали, микросхем и т.д.

                                              m=ρ * V,                                                                (3.2)

где: ρ – плотность стеклотекстолита (1450кг/м³);

V – объем печатной платы

Объем рассчитывается по формуле:

                                             V=a * b * h,                                                            (3.3)

Где: a – длина платы (80мм)

b – ширина платы (60мм)

h – высота платы (1,5мм)

V = 105 * 55 * 1,5 = 8505  куб. мм                                       

m = 1450 * 0,00008505 = 0,1233 (кг)                                    

Таблица 3.1 - Расчет основных материалов и комплектующих изделий

Наименование материалов и комплектующих изделий

Цена

Руб.

Кол-во

Норма

на

един.

Стоимость

руб.

1

Стеклотекстолит

218

0,1233

кг.

26,16

2

Корпус, шт.

160

1

шт.

160

3

конденсатор К10-17Б

1,30

3

шт.

3,90

   Продолжение табл.3.1

Наименование материалов и комплектующих изделий

Цена

Руб.

Кол-во

Норма

на

един.

Стоимость

руб.

4

конденсатор Кер. ЧИП конд

1

12

шт.

12

5

конденсатор К50-35

1,60

5

шт.

8

6

конденсатор К50-29

8,70

4

шт.

34,8

7

микросхема КР1114ЕУ4

12

1

шт.

12

8

микросхема КР142ЕН19

6,40

1

шт.

6,40

9

предохранитель TZ S-145

19

1

шт.

19

10

предохранитель MF-R025

16

1

шт.

16

11

светодиод АЛ307БМ

1,50

1

шт.

1,50

12

резистор С2-23

16

15

шт.

243

13

трансформатор ТП1204

85

1

шт.

85

14

диод КД103А

2,60

1

шт.

2,60

15

диод КД258Д

1

3

шт.

3

16

диод 1,5КЕ

2

2

шт.

4

17

диод UF2007

2

4

шт.

8

18

транзистор КП103Е1

6

2

шт.

12

19

транзистор КП303Г

7

2

шт.

14

20

транзистор КП767Б

45

2

шт.

90

21

транзистор КП501А

6

1

шт.

6

22

провод МГШВ 2мм

27

0,1

м

2,7

23

Кнопка  ”PS700L”

12

1

шт.

12

24

Гайки

3,60

4

шт.

14,40

25

Винты

4,30

4

шт.

17,20

Итого:

806,8

3.2.2 Расчет заработной платы основных рабочих

Для расчета величины производственной заработной платы необходимо определить норму времени, необходимого для выполнения определенной работы (комплекса операций), т.е. провести техническое нормирование комплекса работ по изготовлению радио изделия. В связи с преобладающим в настоящее время в радиоприборостроении серийным и мелкосерийным характером производства нормативы трудоемкости разрабатываются главным образом на комплексы приемов. Норма на комплекс приемов рассчитывается при условии наличия маршрутного технологического процесса.

Техническая норма времени включает в себя норму подготовительно-заключительного времени Тпз и норму штучного времени Тшт. Штучное время состоит из оперативного времени Топ и времени обслуживания рабочего места Тоб, времени перерыва на отдых и личные надобности Тот. Оперативное время Топ состоит из основного Тос и вспомогательного Твс и равно их сумме. В мелкосерийном и серийном производстве время обслуживания рабочего места и время на отдых рассчитываются в процентах от оперативного времени.

Тогда, норму штучного времени рассчитывают по формуле:

Тшт = Топ * (1+К / 100),  (3.4)

Где: к – коэффициент, учитывающий отношение времени на обслуживание рабочего места и личные надобности к оперативному времени, в %, определяют по таблицам нормативов. В большинстве случаев однородные технологические операции состоят из одних и тех же структурных элементов, что дает возможность применять укрупненные нормативы штучного времени. Укрупненные нормативы содержат расчетные величины оперативного или неполного штучного времени. Точность нормативов и степень их укрупнения соответствуют типу производства. Например, для серийного производства она равна 10%, а для мелкосерийного – 15%. Под точностью нормативов понимают выраженное в процентах предельное отклонение, которое может получится между нормой времени, установленной по нормативам, и временем, полученным на основании хронометражных данных или технического расчета. Нормативы времени оформляются в виде особых таблиц, в которых указана продолжительность тех или иных элементов нормы в зависимости от влияющих на нее факторов.

  

Содержание основных операций

Время

на

един.

мин.

Кол-во

Т

опер.

мин.

Примечание

Изготовление печатной платы

Типовой технологический процесс

1

подготовительная

0,001

5775

5,77

2

абразивно-отрезная

0,3

1

0,30

3

клеймение

0,00021

5775

1,21

4

получение рисунка

0,00034

5775

1,96

5

химическое меднение

2,5

1

2,50

6

травление

0,00034

5775

2,94

7

покрытие сплавом

0,001

5775

5,77

8

сверлильная

0,65

1

0,65

9

промывочная

0,00053

5775

3,06

10

обдувка

0,2

1

0,20

11

нанесение маркировки

0,00078

5775

4,50

12

слесарная

0,25

1

0,25

Итого:

29,11

Монтаж элементов на плату

1

резка проводов на заготовки

0,1

10

1

Стр.349 карта 1

2

лужение концов  проводов

0,07

20

1,4

Стр.354 карта 6

3

снятие изоляции с проводов

0,36

20

7,2

Стр.351 карта 3

4

формовка выводов проводов

0,11

40

4,4

Стр.353 карта 5

5

установка элементов на плату

0,04

62

2,48

Стр. 365 кар 20

6

пайка выводов

0,29

131

35,96

Стр.315 крта19

7

промывка

0,06

1

0,06

Стр.301 карта 1

8

обдувка

0,20

1

0,20

Стр.305 карта 7

9

Покрытие платы лаком

0.66

1

0,66

Стр.435карта 19

Итого:

53,26

Таблица 3.2 -  Расчет норматива времени на изготовление единицы издели

  Продолжение табл.3.2

  

Содержание основных операций

Время

на

един.

мин.

Кол-во

Т

опер.

мин.

Примечание

Сборка изделия

1

установка узлов в корпус

0,31

8

2,48

Стр.339карта 46

2

электромонтажная

0,29

8

2,32

Стр.315карта 19

3

покрытие узлов лаком

1,33

1

1,33

Стр.435 карта19

4

установка крышки

0,13

1

0,13

Стр.331 карта 6

5

установка крепежа

0,20

4

0,80

Стр.328карта 34

Всего:

89,43

Настройка и проверка работоспособности прибора составляет 20%

0,2 * 89,43 =17,88 (мин)

Тогда общее оперативное время:

Топ = 89,43 + 17,88 = 107,31 (мин)

Норму штучного времени рассчитываем по формуле:

                                     Тшт = Топ×(1+К/100)                                               (3.5)

К = 10%

Тшт = 107,31  * (1 + 0,1) = 118,04 (мин)

Точность нормативов и степень их укрупнения соответствует типу производства для мелкосерийного – 15%.

Т'шт = 0,15 * 118,04 = 17,7 (мин)

Техническая норма времени включает в себя подготовительно-заключительную норму времени, которая укрупнено, равна 70%, тогда техническая норма времени равна:

Тпз= 0,7 * (17,7+ 118,04 ) = 95,01 (мин)

Тн=95,01 + 17,7 + 118,04 = 230,75 (мин)

Величина производственной зарплаты определяется по часовым тарифным ставкам, премиальным надбавкам, применяемые на базовом предприятии ПСЗ г. Трехгорный. В данном случае применяется сдельно-премиальная система оплаты

труда и прямая зарплата рассчитывается по формуле:

                                            Зп = Рсд = Тст * Тшт / 60                                    (3.6)

Где: Рсд – суммарный сдельный расценок;

Рсд=(Тн*Тст)/60

Рсд=(42,71*230,75)/60=164,25 (руб.)

Тст – часовая тарифная ставка определенного разряда работ (42,71 руб.)

Премиальная заработная плата- 40%, тогда:

ЗПпр = 0,4  * 164,25 = 65,7  (руб.)

Районный коэффициент 20%:                      

РК = 0,2 * (65,7 + 164,25) =46,99(руб.)

Дополнительная заработная плата  20%

ЗПдоп. = 0,2 * (65,7 + 164,25 + 46,99) = 55,18 (руб.)

Тогда фонд оплаты труда будет равен:

ФОТ = 65,7 + 164,25 + 46,99 + 55,18 = 332,12 (руб.)

Начисления на фонд оплаты труда:

ПФ= 0,2 * 332,12 = 66,42

МС= 0,031* 332,12 = 10,29

СС= 0,029* 332,12 = 9,63

Все рассчитанные данные сводим в таблицу 3.3

Заполняя таблицу 3.3«Расчет оптовой цены продукции» следует иметь в виду что:

1. Общепроизводственные расходы  – 230% от ФОТ.  

2. Общехозяйственные расходы  –  270% от ФОТ.

3. Коммерческие расходы  –  5% от заводской себестоимости.

4. Прибыль 10% от полной себестоимости.

   Таблица 3. 3 - Расчет оптовой цены продукции

Наименование статей калькуляции

Сумма, руб.

Структура

(уд. вес в %)

1

Основные материалы

232,46

8,24

2

Комплектующие изделия

574,34

15,65

3

Фонд оплаты труда

332,12

9,51

4

Начисления на ФОТ

86,34

3

5

Общепроизводственные расходы

763,87

21,60

6

Цеховая себестоимость

1989,63

58

   Продолжение табл.3.3

Наименование статей калькуляции

Сумма, руб.

Структура

(уд. вес в %)

7

Общехозяйственные расходы

896,72

24,67

8

Заводская себестоимость

2886,35

82,67

9

Коммерческие расходы

144,31

4,8

10

Полная себестоимость

3030,66

87,47

11

Прибыль

303,06

12,53

12

Оптовая цена

3333,72

100

3.3 Анализ конкурентоспособности устройства

 

Экономические результаты деятельности предприятий на рынке в условиях конкуренции определяются потребительскими свойствами продукции, оценивающиеся такими ее характеристиками, как технический уровень, качество и конкурентоспособность.

Конкурентоспособность продукции – это свойство товара, определяющее возможность его сбыта  на данном рынке в условиях конкуренции, что делает продукт предпочтительней для конкретной группы покупателей (сегмента) с точки зрения удовлетворения их потребностей. Количественная оценка конкурентоспособности продукта позволяет определить возможную долю рынка данного продукта по сравнению с товарами- конкурентами и через нее рассчитать возможный объем  продаж (выручку). В зависимости от вида товара различают  предметную, видовую и функциональную конкуренцию. Предметная конкуренция возникает между практически  идентичными товарами, отличающимися лишь дизайном, оформлением и упаковкой; видовая конкуренция - между однородными товарами, различающимися  параметрами потребительских свойств (мощностью, размерами, производительностью и т.д. ), а функциональная – между неоднородными товарами, удовлетворяющими одинаковую потребность различными способами  (например, электропечь, газовая плита и печь СВЧ). Наиболее полную оценку конкурентоспособности продукции обеспечивает функциональная конкуренция. В то же время для конкретного рынка, наполненного товарами определенного вида, вполне объективная оценка может быть получена при рассмотрении  предметной и видовой конкуренции.

Наиболее полная количественная характеристика конкурентоспособности продукции проводится при помощи  коэффициента конкурентоспособности, который определяется по формуле:

                                          m                      

                                   Кi =  a i Pij / Pin                                                 (3.7)

                                          i=1

Где   i =1 …m – виды параметров (характеристик), которые покупатель рассматривает как существенные при принятии решения о закупке товара;

a i  - коэффициент важности ( значимости, предпочтительности ) для покупателя

1-го параметра по сравнению с остальными существенными параметрами продукции;

Р ij- конкурентное значение 1-го  параметра  для j – той продукции;

Р in – конкретное значение 1-го параметра , позволяющее  полностью удовлетворить потребность покупателя.

= 1  или = -1;

= 1 если увеличение параметра  способствует росту конкурентоспособности продукции ( надежность изделия, производительность изделия и пр.)

= -1, если увеличение значения параметра приводит к снижению конкурентоспособности продукции (цена продукции).  

Для последовательного проведения наиболее полной оценки конкурентоспособности продукции необходимо выполнить следующие операции:

а) определить состав характеристик (параметров) продукции  (i =1,…m);

б) покупатель рассматривает как  существенно влияющие на  удовлетворение его потребностей и учитываемые покупателем при принятии решения о покупке;

в) вычислить желаемое для покупателя значение каждого из параметров Р in.

Данные для этих двух операций получают по результатам опроса покупателей  и экспертов из числа  разработчиков, сотрудников службы маркетинга и сбыта предприятия.  В целом состав характеристик  (параметров) продукции формируется из следующего общего перечня:

а) показатели назначения, которые определяют  основные характеристики продукции (область использования,  мощность, выполняемые функции, производительность и т.д.);

б)  показатели надежности и долговечности (ресурс, наработка на отказ и т.д.);

в) эргономические показатели, которые характеризуют удобство эксплуатации (применения) товара;

г)  эстетические  показатели, которые характеризуют  внешнее восприятие товара;

д) цена потребления, включающая в себя затраты покупателя на доставку, монтаж, наладку, обучение и освоение; на эксплуатацию продукции (электроэнергия, заработная плата обслуживающего персонала, ремонт и т.д.);

е)  цена продукции;

ж) организационные факторы (информированность покупателя о товаре, престиж  фирмы, гарантийный срок, уровень сервисного обслуживания и т.д.).

Оценить значимость для потребителя каждого из параметров (аi). В качестве удобного и надежного метода экспертной  оценки значимости этих параметров можно рекомендовать метод их по парного  сравнения, который проводится в следующей последовательности:

Принимается шкала перевода качественных оценок предпочтения одного параметра перед другим в количественные оценки. Например, для пятибалльной шкалы качественные оценки соответствуют количественным следующим образом, балл:

а)  значимость для покупателя двух сравниваемых показателей одинакова- 1;

б)  первый показатель имеет немного большую значимость, чем второй – 2;

в)  первый показатель имеет большую значимость, чем второй – 3;

г)  первый показатель имеет много большую значимость, чем второй – 4;

д) первый показатель имеет абсолютно большую значимость, чем второй – 5.

По результатам опроса покупателей (экспертов) строится матрица попарных сравнений.

В данном дипломе рассмотрим состав показателей и их желаемые значения для продукции “Преобразователя напряжения 12/300”

Определить параметры продукции, выводимой на рынок (преобразователя напряжения) и продуктов конкурентов.

TPS61072 (1 товар), TPS61073 (2 товар)-производитель компания Texas Instruments.

   Таблица 3.4 - Показатели товаров-конкурентов  

Наименование,

единица измерения

1 товар

2 товар

Преобразователь

напряжения

Желаемая величина

1

Долговременная

мощность нагрузки, Вт.

30

15

50

50

2

Объём прибора,

Куб. дм

7700

7250

7200

7000

   Продолжение табл.3.4

Наименование,

единица измерения

1 товар

2 товар

Преобразователь

напряжения

Желаемая величина

3

Количество подключаемых приборов, шт.

2

1

3

3

4

Цена продажи, руб.

3500

3400

3333

3000

Конкурентоспособность прибора оцениваем по следующим показателям:

Р1 – Долговременная мощность нагрузки, Вт;

Р2 – Объём прибора,  куб. мм;

Р3 –Количество подключаемых приборов, шт;

Р4 – Цена прибора,  руб;

Составляем матрицу попарных сравнений значимости параметров. Сравнивается каждый параметр строки с каждым параметром столбца.

   Таблица 3.5  – Матрица попарных соединений

Р1

Р2

Р3

Р4

Итого

Р1

1

4

3

4

12

Р2

1/4

1

1/3

1

2,58

Р3

1/3

3

1

4

8,33

Р4

1/4

1

1/4

1

2,50

Всего

25,41

Затем рассчитывают суммы строк матрицы (Ci стр.), отображающие суммарный балл, набранный показателем Pi, и общая сумма баллов равна:

                           Со=С1стр+С2стр+С3стр+С4стр                                         (3.8)

Со = 12+ 2,58 + 8,33 + 2,50 = 25,41

Затем рассчитываем искомые коэффициенты значимости параметров:

                                             ai=Ci стр/Со                                                          (3.9)

Где: Ci стр – сумма строк матрицы показателей Pi;

Со – общая сумма баллов показателей Pi.

а1 =12 / 25,41 = 0,47

а2 = 2,58/ 25,41 = 0,11

а3 = 8,33 / 25,41 =0,32

а4 = 2,50 / 25,41 = 0,1

Рассчитать коэффициенты конкурентоспособности по формуле

Для каждого из рассматриваемых товаров:

К1 = 0,47 * (30 / 50)¹ + 0,11* (7700 / 7000)־¹ + 0,32 * (2/3)¹ + 0,1 * (3500 / 3000)-1 = 0,374+0,121+0,96+0,12= 1,575

К2 = 0,47 * (15 / 50)¹ + 0,11 * (7250 / 7000)־¹ + 0,32 * (1 / 3)¹ + 0,101 * (3400/ 3000)-1 = 0,281+0,145+0,65+0,21=1,286

К3 = 0,47 * (50 / 50)¹ + 0,11 * (7200 / 7000)־¹ + 0,32 * (3 / 3)¹ + 0,1 * (3333 / 3000)-1 = 1+0,164+1,32+0,21=2,694

К3> К1 >К2, т.е. предприятие выходит на рынок с изделием, конкурентоспособность которого выше существующих на рынке.

4 Охрана труда

4.1 Охрана труда. Законодательство и нормативно правовые акты

Охрана труда - это система законодательных актов и норм, направленных на обеспечение безопасности труда, и соответствующих им социально-экономических, организационных, технических и санитарно-гигиенических мероприятий.

Всю систему правовых норм, регулирующих охрану труда можно представить в следующем виде:

а) правила и нормы по технике безопасности и производственной санитарии, в том числе правила и нормы, обеспечивающие индивидуальную защиту работающих, от производственных травм и профзаболеваний;

б) правила регулирующие организацию охраны труда;

в) правила и нормы по специальной охране труда женщин, молодежи и лиц с пониженной трудоспособностью;

г) правила регулирующие деятельность органов государственного надзора;

д) Нормы, предусматривающие ответственность за нарушение законодательства об охране труда.

  Обеспечение здоровых и безопасных условий труда возлагается на администрацию предприятий, учреждений, организаций.

 Администрация обязана внедрять современные средства техники безопасности, предупреждающие производственный травматизм, и обеспечивающие санитарно-гигиенические условия труда, предотвращающие возникновение профессиональных заболеваний рабочих и служащих.

В целях охраны труда на администрацию предприятий, учреждений, организаций возлагает, во-первых проведение инструктажа рабочих и служащих по технике безопасности, производственной санитарии, противопожарной охране, и другим правилам охраны труда, и во-вторых осуществление постоянного контроля за соблюдением работниками всех требований по охране труда.

4.2 Анализ опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ)

При производстве повышающего преобразователя напряжения 12/300В   производятся монтажные, слесарно-сборочные, работы с клеями, осуществляется настройка функционального устройства,  которые сопровождаются опасными и вредными производственными факторами, способными вызывать профессиональные заболевания, снижение работоспособности рабочего персонала.

Согласно ГОСТ 12.0.003-99 по воздействию на человека ОВПФ подразделяются на четыре группы:

а) физические;

б) химические;

в) биологические;

г) психофизиологические

K физическим ОВПФ относятся:

а) повышенная температура поверхностей оборудования, материалов (источниками могут являться: разогретое жало паяльника, разогретый припой, каретка печи оплавления, а также плата, вышедшая после оплавления паяльной пасты, рабочая область электроножа, используемого для снятия изоляции);

б)  повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека (для производства повышающего преобразователя напряжения 12/300В используется оборудование, для функционирования которых необходимо напряжение). Плохая изоляция проводов,   неисправность   электроприборов   может   привести   к   поражению   человека электрическим током;

в)   повышенный  уровень  статического  электричества (образование  статических зарядов может вызывать различные трудности в производстве, порчу РЭА, взрывы, пожары, травмы и профессиональные заболевания людей, снижать производительность труда);

г) недостаточная освещенность рабочей зоны (как правило, естественное освещение не всегда бывает достаточным, что приводит к постоянному напряжению глаз и их быстрому утомлению);

д) наличие острых кромок, заусенцев и шероховатостей на поверхностях инструментов и оборудования (при сборке применяются различные инструменты, (скальпель, нож, отвертка), при неосторожном обращении с которыми можно получить различные травмы);

К химическим ОВПФ относятся:

а) повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;

б) токсическое и раздражающее  действие   вредных   химических  веществ, проникающих в организм человека через органы дыхания, кожные покровы и слизистые оболочки.

Операции пайки припоями и паяльными пастами, содержащие свинец, сопровождаются выделением в воздух рабочей зоны паяльного дыма, микрочастицы которого могут содержать свинец, олово в опасной концентрации. Паяльный дым оседает в помещении в виде пыли, загрязняя рабочие поверхности и может попасть в организм человека через дыхательные пути, но чаще всего через грязные руки, поэтому монтажнику следует по возможности избегать контакта с припоем и паяльной пастой.

Паяльные флюсы на основе канифоли, при пайке выделяют сильнейший аллерген (абиетиновая кислота), находящийся в паяльном дыме, вдыхание которого может вызывать аллергическую реакцию. При этом появляется кашель, затрудненное дыхание, спазмы в горле. Если дым вдыхается ежедневно на протяжении нескольких лет, может появиться необратимая аллергическая чувствительность организма. Паяльный дым содержит не только микрочастицы канифоли, но и газы, образующиеся в результате работы с флюсом. Самым вредным из них является формальдегид, который не только обостряет астматические симптомы, но и является канцерогеном.

Основным средством борьбы с паяльным дымом является местная вытяжная вентиляция, устанавливающаяся на рабочее место монтажника. При использовании установок для оплавления припойной пасты можно использовать вытяжные зонты, предназначенные для удаления вредных выделений, газов, поднимающихся вверх, а именно при тепло и влаговыделениях, создающих устойчивый восходящий поток.

При выполнении лакокрасочных работ и работ с клеями источники ОВПФ или всё изделие помещают в камеру на время процесса. Камера снабжается отсосом, через который образующиеся вещества удаляются местной вытяжной вентиляцией в течение всей операции и некоторое время спустя до полной очистки камеры перед ее открытием.

Дополнительными средствами защиты являются средства индивидуальной защиты: хлопчатобумажные перчатки, респиратор, рабочий халат.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) используемых веществ в производстве повышающего преобразователя напряжения 12/300В приведены в таблице 4.1 (согласно ГОСТ 12.1.005-88).

  Таблица 4.1-Значения ПДК и класса опасности используемых веществ

Наименование вещества

Величина

ПДК, мг/м3

Класс

опасности

Действие на организм

Припой ПОС 61

0,01

I

Токсичен, действие на

дыхательные   пути,

желудочно-кишечный тракт.

Спирто-бензиновая смесь

(1:1)

100

IV

Опасен при вдыхании,

пары вызывают раздра-

жение   слизистых   обо-

лочек и кожи.

Флюс ФКСп

6

III

Токсичен.      Раздражающее

действие парами

дыхательных  путей.

Взрывоопасен.

Клей ВК-9:

1

II

Оказывает     раздража-

ющее действие на кожу

и  слизистую  оболочку

верхних     дыхательных

путей    и    глаз,    обще-

токсическое действие

Раздражает кожу, глаза, .

верхние     дыхательные

пути.    Пары    ядовиты.

Сильный             нервно-

сосудистый   яд.      Тяжелое

поражение зрительных нервов

По ГОСТ 12.1.007-99 классы опасности веществ по ПДК в воздухе рабочей зоны:

I - вещества чрезвычайно опасные (менее 0,1 мг/м)

II - вещества высокоопасные (0,1... 1,0 мг/м )

III - вещества умеренно опасные (1,0... 10,0 мг/м)

IV - вещества малоопасные (более 10,0 мг/м )                        

Наиболее опасным веществом и часто используемым в производстве повышающего преобразователя напряжения 12/300В является свинец, входящий в состав припоев. В нашем случае это  припой ПОС 61.

4.3 Требования безопасности  при производстве преобразователя напряжения

В целом безопасность труда при производстве устройства достигается с помощью широкого комплекса санитарно-технических, технологических, медико-профилактических мероприятий, направленных на создание безопасных и безвредных условий труда.

Одним из необходимых условий здорового и высокопроизводительного труда является обеспечение чистоты воздуха и нормальных метеорологических условий в рабочих помещениях. Устранение таких вредных промышленных факторов, как газов и паров, пыли, избыточного тепла и влаги и создание здоровой воздушной среды является важной задачей.

Например, при пайке элементов, травлении печатной платы и покрытия печатной платы лаком образуются вредные пары и газы, которые нужно удалять с помощью вентиляции. При зачистке изоляции провода электроножом, при лужении жил проводов, при пайке необходимо включить вентиляцию.

Работа с химическими веществами создает опасность отравления, ожогов и профессиональных заболеваний. Воздействие химических веществ и составов на работающих зависит от физико-химических свойств, агрегатного состояния, класса опасности веществ, времени и характера воздействий, пути поступления вещества в организм, состояния организма и других условий.

Вредные вещества могут поступать в организм человека через органы дыхания, кожу и пищеварительный тракт.

Вдыхание вредных веществ в виде газов, паров или аэрозолей приводит к поражению верхних дыхательных путей и общетоксичному воздействию при всасывании веществ через кровь. При вдыхании паров кислоты отмечаются поражения слизистой оболочки носоглотки и гортани, что может привести к хроническим заболеваниям и разрушению зубной эмали.

При выполнении ручных операций вредные вещества проникают через кожу. Воздействие кислот и щелочей может вызвать раздражение или ожог кожи.

Вредные вещества могут поступать в организм работающих с водой, пищей и при курении. Из-за опасности острого отравления с весьма тяжелыми последствиями необходимо постоянное внимание и соблюдение правил личной гигиены.

4.4 Производственное освещение

Производственное освещение, правильно спроектированное и выполненное, предназначено для решения следующих вопросов: оно улучшает условия зрительной работы, снижает утомление, способствует повышению производительности труда и качества выпускаемой продукции; благоприятно влияет на производственную среду, оказывая положительное психологическое воздействие на работающего, повышает безопасность труда и снижает травматизм на производстве.

Производственное освещение подразделяется на:

а) естественное

б) искусственное

в) совмещенное

Естественное освещение разделяется на:

а) боковое (световые проемы в стенах)

б) верхнее (прозрачные перекрытия)

в) комбинированное (наличие световых проемов в стенах и перекрытия одновременно).

Величина освещенности Е в помещении от естественного света небосвода зависит от времени года, времени дня, наличия облачности, а также доли светового потока Ф от небосвода, который проникает в помещение. Для оценки использования естественного света введено понятие коэффициента естественной освещенности (КЕО) и установлены минимальные допустимые значения – это отношение освещенности внутри помещения за счет естественного света к наружной освещенности (Ен) от всей полусферы небосклона, выраженное в процентах.        

Коэффициент естественной освещенности определяется геометрией оконных проемов, загрязненностью стекол, окраской стен помещений и т.д.

Искусственное освещение подразделяется на несколько видов:

а) рабочее, предназначенное для выполнения производственного процесса;

б) аварийное - для продолжения работы при аварийном отключении рабочего освещения;

в) эвакуационное – для эвакуации людей из помещения при аварийном отключении рабочего освещения;

г) дежурное;

д) охранное.

При недостатке освещенности от естественного света используется искусственное, создаваемое электрическими источниками света. По конструктивному использованию искусственное освещение может быть:

а) общим;

б) общелокализованным;

в) комбинированным     

при общем освещении все места в помещении получают свет от общей осветительной установки.

Общелокализованная система освещения предназначена для увеличения освещения посредством размещения ламп ближе к рабочим поверхностям.

Комбинированное наряду с общим включает в себя местное освещение (настольная лампа).

Кроме естественного и искусственного освещения может применяться их сочетание, когда освещенности за счет естественного света недостаточно для выполнения той или иной работы. Такая освещенность называется совмещенной. Для выполнения работы наивысшей, очень высокой  и высокой точности в основном применяют совмещенное освещение, т.к. обычно естественной освещенности недостаточно.

Важной характеристикой, от которой зависит требуемая освещенность на рабочем месте, является размер объекта различения.

Размер объекта различения – минимальный размер наблюдаемого объекта (предмета), отдельно его части или дефекта, который необходимо различать при выполнении работы (толщина линии при чтении будет размером объекта различения).

Размер объекта различения определяет характеристику работы и её разряд:

а) разряд работы наивысшей точности (1 разряд) – размер объекта  менее 0,15 мм;

б) разряд работы очень высокой точности (2 разряд) –  размер объекта 0,15-0,3мм;

в) разряд работы высокой точности (3 разряд) – размер объекта от 0,3-0,5 мм;

г) разряд работы средней точности 0,5-1,0 мм (4 разряд);

д)разряд малой работы точности (5 разряд) – 1,0-5 мм (5 разряд);

е)грубая работа при замере более 0.5-0.1 мм (6 разряд);

Для производства повышающего преобразователя напряжения 12/300В будет применяться совмещённое освещение рабочего места и  разряд очень высокой точности (2 разряд) – размер объекта 0,15-0,3 мм.

4.5 Требования безопасности

4.5.1 Требования безопасности перед началом работ

Электромонтажник перед работай должен:

а) привести рабочее место в порядок, материалы и инструменты положить в удобное для работы место;

б) проверить исправность инструмента, оснастки, другого оборудования: бойки молотков должны иметь гладкую, слегка выпуклую поверхность, без сколов, забоин, трещин и заусенцев; ручки отверток, молотков, напильников должны быть крепко закреплены, на деревянных ручках напильников должны быть металлические кольца во избежание раскалывания древесины;

в) на таре с химикатами проверить наличие этикеток с указанием срока годности и наименования химикатов;

г) при выполнении работ по обжигу, пайке, склеиванию включить вытяжную вентиляцию;

д) проверить внешним осмотром наличие и исправность заземления технологического оборудования, приспособлений, инструмента;

е) проверить исправность розеток, выключателей и другого оборудования.

4.5.2 Требования безопасности во время работ

Электромонтажник должен:

а) выполнять требования инструкций по технике охране труда и технологической документации;

б) в процессе пайки пользоваться пинцетом или другими специальными инструментами, предназначенными для электромонтажа и пайки;

в) резку проводов, кабелей, плетенок производить специальными ножами или приспособлениями; заготовительные работы с металлической плетенкой производить только в перчатках или рукавицах; резку ножами, ножницами производить от себя;

г) при наложении бандажей не делать рывков, концы ниток обрезать ножницами или оплавлять электроножом;

д) работу выполнять с включенной вытяжной вентиляцией;

е) при зачистке изоляции провода электроножом, при лужении жил проводов, при пайке необходима осторожность во избежании ожогов. Работу выполнять с включенной вытяжной вентиляцией;

ж) отключить паяльник, электронож и другой электроинструмент при перерывах в подаче электроэнергии;     

з) в процессе пайки запрещается встряхивать паяльник во избежание разбрызгивания припоя; припаиваемый или отпаиваемый проводник придерживать пинцетом;

и) пайку производить при работающей включенной вентиляции (вытяжки);

к) в случае ощущения электротока, немедленно прекратить работу, сообщить об этом непосредственному начальнику и не начинать работу до полного устранения неисправности;

л) при замере сопротивления изоляции мегомметром  проводники, служащие для подключения приборов к токоведущим частям, должны применяться типа «Магнето» и специальные наконечники, обеспечивающие безопасность работ.

Измерение сопротивления изоляции какой-либо части электроустановки производить только тогда, когда эта часть отключена от электрической сети со всех сторон.

4.5.3 Требования безопасности в аварийных ситуациях

а) При разливе химикатов немедленно удалить их ветошью, а затем протереть это место салфеткой, смоченной бензином или спиртом. Руки вымыть теплой водой с мылом.

б) При несчастном случае принять меры по оказании помощи согласно инструкции  по оказанию первой до врачебной помощи пострадавшим при несчастном случае.

в) При пожаре или загорании действовать согласно инструкции о мерах пожарной безопасности на участке.

г) Сохранить обстановку на месте происшествия, если это не создает угрозу для окружающим.

д) Сообщить о проишествии непосредственному руководителю работ.

4.5.4 Требования  безопасности по окончании работ

 

а) Отключить от сети нагревательные приборы, электроинструмент и убрать свое рабочее место, убедиться в отсутствии возможности возгорания.

б) Рабочие поверхности стола, инструмента, ручку паяльника, тару, которые использовались на рабочем месте, протереть 1%-ным раствором уксусной кислоты и обмыть мыльным раствором. Применять разовые салфетки и ветошь.

в) О всех замечаниях, неисправностях в работе оборудования, инструмента сообщить мастеру.

г) Обработать руки 1%-ным раствором уксусной кислоты, затем тщательно вымыть теплой водой с мылом и прополоскать полость рта водой.

д)   Снять спецодежду и поместить ее в специально отведенном месте.

4.6 Допуск к самостоятельной работе в качестве монтажника РЭА

      К самостоятельной работе монтажника РЭА допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, имеющие профессиональную подготовку (в том числе по безопасности труда), соответствующую характеру выполняемых работ, квалификационную удостоверение по специальности, 1 квалификационную группу по электробезопасности, прошедшие первичный инструктаж на рабочем месте, ознакомленные с санитарно-гигиеническими требованиями, мерами профилактики при пайке припоями, содержащим свинец, умеющие оказывать первую помощь пострадавшим при несчастных случаях, допущенные приказом по подразделению по основании приказа по подразделению.

         

4.7 Электробезопасность

4.7.1Применение малых напряжений 

Электробезопасность — система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электромагнитного поля и статического электричества               ГОСТ 12.1.009-82. ССБТ

Основные меры защиты от поражения электрическим током в электоросетях напряжением до 1000В  являются:

а) обеспечение недоступности токоведущих частей, находящихся под напряжением от случайного прикосновения, устранение опасности поражения при появлении напряжений на корпусах;

б) защитное отключение;

в) использование низких напряжений;

Слой диэлектрика, которым покрывают поверхность токоведущих элементов, или конструкция из непроводящего материала, с помощью которой токоведущие части отделяются от остальных частей электрооборудования.

Помещения в отношении опасности поражения людей электрическим током классифицируются:

а) помещения с повышенной опасностью.

б) особо опасные помещения.

в) помещения без повышенной опасности.

Помещения, в которых изготовляется преобразователь напряжения, относятся к помещениям с повышенной опасностью, т.к. есть возможность одновременного прикосновения человека к металлическим корпусам электрооборудования с одной стороны и к металлическим конструкциям здания, технологическим аппаратам, механизмам и т.д., имеющим соединение с землей.

4.7.2  Средства защиты при разработке преобразователя напряжения

Средства, служащие для защиты людей работающих с электроустановками, от поражения электрическим током, от воздействия электрической дуги и электромагнитного поля называют электрозащитными.

Все изолирующие средства делятся на основные и дополнительные.

Основными электрозащитными средствами называют средства, изоляция которых длительное время выдерживает рабочее напряжение электроустановок и которые позволяют прикасаться к токоведущим частям, находящимся под напряжением.

Дополнительными электрозащитными средствами называются средства, которые сами по себе при данном напряжении на могут обеспечить защиту от

поражения электрическим током, и служат дополнениям к основным или применяются совместно.

При разработке измерительного прибора используются следующие средства защиты: Слесарно – монтажный инструмент с изолирующими ручками, указатели напряжения, диэлектрические перчатки.

4.7.3 Защита от статического электричества

Основные мероприятия, применяемые для защиты от статического электричества производственного происхождения, включают методы, исключающие и уменьшающие интенсивность генерации зарядов, и методы, устраняющие образующиеся заряды. Интенсивность генерации зарядов можно уменьшить соответствующим подбором пар трения или смешиванием материалов, таким образом, что в результате трения один из смешенных материалов наводит заряд одного знака, а другой – другого. В настоящее время создан комбинированный материал из нейлона и дакрона, обеспечивающий защиту от статического электричества по этому принципу.

Изменением технологического режима обработки материалов также можно добиться снижения количества генерируемых зарядов (уменьшение скоростей обработки, скоростей транспортирования и слива диэлектрических жидкостей, уменьшение сил трения).

При заполнении сыпучими веществами или жидкостями диэлектриками резервуаров на входе в них применяют релаксационные емкости, чаще всего в виде заземленного участка трубопровода увеличенного диаметра, обеспечивающего стекание всего заряда статического электричества на землю.

Образующие заряды статического электричества устраняют чаще всего путем заземления электропроводных частей производственного оборудования. Сопротивление такого заземления должно быть не более 100 Ом. При невозможности устройства заземления практикуется повышение относительной влажности воздуха в помещении.

К средствам индивидуальной защиты относится специальная обувь, подошва которой выполнена из кожи либо электропроводной резины, также антистатические браслеты.

4.7.4 Характеристика интенсивности действия вредного фактора

              

Электротравмы: локальные поражения тканей (металлизация кожи, ожоги) и органов (резкие сокращения мышц, фибриляция сердца, электроофтальмия) являются результатом воздействия электрического тока на человека.
По степени воздействия на организм человека различаются четыре стадии:
I – слабые, судорожные сокращения мышц;                      .
II – судорожные сокращения мышц, потеря сознания;                .
III - потеря сознания, нарушение сердечной и дыхательной деятельности;         .
IV – клиническая смерть, т.е. отсутствие дыхания и кровообращения.        

Кроме того, электрический ток вызывает непроизвольное сокращение мышц (судороги), которое затрудняет освобождение человека от контакта с токоведущими частями.                       

Профессиональные заболевания проявляются, как правило, в нарушениях функционального состояния нервной и сердечно-сосудистой систем. У людей, работающих в зоне воздействия электрического и магнитного полей, электростатического поля, электромагнитных полей радиочастот, появляются раздражительность, головная боль, нарушение сна, снижение аппетита, нарушение репродуктивной функции и др. Следствием воздействия вредных факторов могут явиться болезни глаз или лейкемия.  

4.8 Микроклимат производственных помещений

Под микроклиматом производственных помещений понимают метеорологические условия внутренней среды этих помещений.

Параметрами, характеризующими микроклимат, являются: температура окружающей среды; относительная влажность воздуха; скорость движения воздуха;

Параметры микроклимата оказывают существенное влияние на самочувствие, состояние здоровья и работоспособность человека. Наилучшими условиями, при которых нагрузка на организм человека минимальна, является тепловой баланс между организмом человека и окружающей средой.

Для обеспечения комфортных условий необходимо поддерживать эти условия, то есть поддерживать вышеперечисленные параметры на уровне оптимальных или допустимых значений.

Гигиеническое нормирование параметров производственного микроклимата установлено системой стандартов безопасности труда (ГОСТ 12.1.005-88, СанПиН 2.2.4.584-96 "Нормативные значения параметров микроклимата в рабочих зонах производственных помещений"). Значения параметров микроклимата устанавливаются в зависимости от способности человеческого организма к акклиматизации в разное время года и категории работ по уровню энергозатрат. От периода года зависит способность организма к акклиматизации, следовательно, и значения оптимальных и допустимых параметров. При нормировании различают теплый и холодный периоды года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха выше +10°С; холодный период года - равной +10 °С и ниже.

Для данного преобразователя напряжения 12/300В производства категория работ 1а, к которой относятся работы с интенсивностью энергозатрат 120 ккал/ч (до 139 Вт), производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением.

Для обеспечения комфортных условий необходимо поддерживать эти условия, то есть поддерживать вышеперечисленные параметры на уровне оптимальных или допустимых значений.

Оптимальные величины показателей микроклимата на рабочих местах, соответствующие выбранной категории работ, приведены в таблице 4.2

  Таблица 4.2 Выбор микроклимата на рабочих местах

Период года

Категория работ

Категория работ

Температура, С

Относительная влажность,

%

Скорость движения,

м/с

оптимальная

допустимая

Оптимальная

Допустимая на рабочих местах  постоянных  и не постоянных, не более

Оптимальная не более

Допустимая на рабочих местах  постоянных  и не постоянных.

Верхняя

граница

Нижняя граница

На рабочих местах

Постоян.

Не постоян.

Постоян.

Не постоян.

Холодный

Легкая la

22-24

12

26

21

18

40-60

75

0.1

Не более   0,1

Теплый

Легкая  1а

23-25

28

30

22

20

40-60

55

(при 28 'С)

0,1

0,1-0,2

        

4.9 Пожарная безопасность

Согласно ГОСТ 12. 1.004 – 91* пожарная безопасность предусматривает обеспечение безопасности людей и сохранения материальных ценностей предприятия на всех стадиях его жизненного цикла (научная разработка, проектирование, строительство и эксплуатация).

Основными системами пожарной безопасности являются системы предотвращения пожара и противопожарной защиты, включая организационно – технические мероприятия.

Требуемый уровень обеспечения пожарной безопасности людей с помощью указанных систем должен быть не менее 0,999999 предотвращения воздействия опасных факторов в год в расчете на каждого человека.

Систему предотвращения пожара составляет комплекс организационных мероприятий и технических средств, направленных на исключение возможности возникновения пожара. Предотвращение пожара достигается: устранением образования горючей среды; устранением образования в горючей среде (или внесения в неё) источника зажигания; поддержанием температуры горючей среды ниже максимально допустимого и другими мерами.

Противопожарная защита обеспечивается: максимально возможным применением негорючих и трудногорючих веществ и их размещения; изоляций горючей среды; предотвращением распространения пожара за пределы очага; применением средств пожаротушения; применением конструкции объектов с регламентированными пределами огнестойкости и горючестью; эвакуацией людей; системами противодымной защиты; применением средств пожарной сигнализации и средств извещения о пожаре; организацией пожарной охраны промышленных объектов. Ограничение горючих веществ и их размещения достигается регламентацией: количества (массы, объема) горючих веществ и материалов, находящихся одновременно в помещении; наличия аварийного слива пожароопасных жидкостей и аварийного стравливания горючих газов из оборудования; противопожарных разрывов и защитных зон; периодичности очистки помещений, коммуникаций, оборудования от горючих отходов, отложений пыли и т.п.; числа рабочих мест, на которых используется пожароопасные вещества; выноса пожароопасного оборудования в отдельные помещения и на открытые площадки, а также наличия системы аспирации отходов производства.

Изоляция горючей среды обеспечивается одним или несколькими из перечисленных средств: максимальной автоматизацией и механизацией технологических процессов, связанных с обращением пожароопасных веществ; применением для пожароопасных веществ герметизированного и герметичного оборудования и тары; применением устройств защиты производственного оборудования с пожароопасными веществами от повреждений и аварий; применением изолированных отсеков, камер, кабин и т.п.

Предотвращение распространения пожара обеспечивается: устройством противопожарных преград (стен, зон, поясов, защитных полос, занавесов и т.п.) установлением предельно допустимых площадей противопожарных отсеков и секций; устройством аварийного отключения и переключения аппаратов и коммуникаций; применением средств, предотвращающих разлив пожароопасных жидкостей при пожаре; применением огнепередающих устройств (огнепреградителей, затворов, клапанов, заслонок); применением разрывных предохранительных мембран на агрегатах и коммуникациях.

При тушении пожара применяют углекислотные и порошковые огнетушители (типа ОУ-5 или ОУ-8), которые обладают высокой скоростью тушения электроустановок электроустановок, большим временем действия, высокой эффективностью борьбы с огнем.

Применяемые на производстве средства пожаротушения должны максимально ограничивать размеры пожара и обеспечивать его быстрое тушение. При этом для конкретного производства должны быть определены: виды средств пожаротушения, допустимые и недопустимые для применения на пожаре; вид, количество, размещение и содержание первичных средств пожаротушения (огнетушители, асбестовые полотна, ящики с флюсом или песком, ёмкости с огнетушащими порошками и т.п.); порядок хранения веществ, тушение которых недопустимо одними и теми же средствами; источники и средства подачи воды при пожаротушении; максимально допустимый запас специальных средств пожаротушения; необходимая скорость наращивания подачи средств пожаротушения; виды, количество, быстродействие и производительность установок пожаротушения; помещения для размещения стационарных установок пожаротушения и хранения запаса средств тушения; порядок обслуживания установок пожаротушения и хранения средств тушения.

Все перечисленные выше меры, составляющие системы предотвращения пожара и пожарной защиты, отражаются в нормах строительного проектирования и отраслевых нормативных документах в виде соответствующих нормативных положений и требований, на основе которых разрабатываются те или иные инженерно-технические решения в области противопожарной защиты при проектировании и строительстве промышленных зданий.

Заключение

В данном дипломном проекте была разработана конструкция преобразователя напряжения 12/300В.

Данное устройство позволяет запитывать от бортовой сети автомобиля или другого источника постоянного напряжения 12В любое электрооборудование с потребляемой мощностью 50Вт.    

Аналогичных устройств достаточно много, но данная конструкция выгодно отличается по техническим параметрам.

Устройство собрано из доступных деталей и не требует налаживания.

В устройстве использованы малогабаритные элементы, что значительно снижает массу и общие габариты устройства, а также повышает стойкость к внешним факторам, а также повышает надежность радиоаппаратуры.

Технические характеристики устройства:

Входное напряжение = 10,5 - 15В;

Частота преобразования  = 40кГц;

Выходное напряжение  = 300 - 310В;

Максимальная долговременная мощность нагрузки = 50 Вт;

Габариты = 150х80х60 мм;

Вероятность на отказ = 97%;

Наработка на отказ = 11806 ч.;

Оптовая цена = 3333,72 руб.;

Конкурентоспособность = 2,694.

Список использованной литературы

1  С. Беляев - Журнал “Радио” №9, 2009г,стр. 21-25.

2 В.Г. Герасимова, издание второе переработанное, «Высшая школа» Москва 1978г. “Основы промышленной электроники”

3  Б.П. Хромой, Ю.Г. Моисеев, «Радио и связь»1985г. “Электрорадиоизмерения”  

4 В.И.Котрур “Электрические измерения и электроизмерительные приборы”, «Энегоатомиздат», Москва 1986г.

5 О.Е. Вершинин, И.Г. Мироненко “Монтаж радиоэлектронной аппаратуры и приборов” Москва 1991г.  

6  Эрл Д. Гейтс “Введение в электронику” «Феникс» Ростов-на-Дону 1998г.

7 А.Г.Фрумкин “Конструирование и производство радиоэлектронной аппаратуры”, «Энергия», Москва 1978г.

8  CD-R  “Справочник радиолюбителя”  

9  CD-R  “ЧИП и ДИП”

10  А. В. Ахумова ”Справочник нормировщика”.   

11 К. В. Денисенко “Техническое нормирование труда в приборостроении” Справочное пособие В. В. Венглинский,  Машгиз, 1962

12 А. А. Гордон, А.С. Россиянский “Экономика, организация и планирование радиотехнического производства”. Издательство «Энергия»,1966

13 Е. Т. Гянджунцев. “Экономика радиопромышленности”. Издательство «Высшая школа», 1969

14 А. М. Рубчинский.-Л. Издательство «Энергия»,1973 ”Техническая подготовка производства на предприятиях радиопромышленности”

15  А. М. Рубчинский. “Организация и планирование производства на заводе радиоаппаратуры”. Издательство «Энергия»,1969

16 П.П. Кукин, В.Л, Лапин “Безопасность технологических процессов и производств. Охрана труда”. Издательство «Высшая школа» Москва 1999 г.

17 Р.М. Терещук “Малогабаритная радиоаппаратура”. Издательство «Наукова думка» Киев 1970 г.

18 К.А. Андрианова, И.П. Богородцкого - Справочник по электротехническим материалам под общей редакцией, 1том «Государственное энергетическое издательство Москва» 1958 – Ленинград   

Лист

104

210306.01.01.010.1183ПЗ

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Изм


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13799. Методические рекомендации по подготовке учащихся к написанию эссе по обществознанию 102 KB
  Методические рекомендации по подготовке учащихся к написанию эссе по обществознанию. Новая форма итоговой аттестации учащихся вызывает бурю споров. Мнение сторонников считающих что это наиболее объективный способ проверки знаний сталки
13800. Эссе по обществознанию. Примеры 310.15 KB
  Примеры десятков эссе по обществознанию описывающих крылатые выражения известных ученых, философов и деятелей культуры. Насколько мне известно из курса обществознания, закон – это принимаемый в особом порядке и обладающий высшей юридической силой нормативно – правовой акт, выражающий государственную волю по ключевым вопросам общественной жизни
13801. How important is appearance in my country 15.99 KB
  How important is appearance in my country Isn’t it unfortunate that people in our country judge others according to their appearance. I strongly believe that nowadays one’s opinion about you depends on your image. One more sentence to expand you introduction. In the first place many celebrities are cherished by almost everyone. But in most cases we love a picture. For example an enormous number of girls love Enrique Iglesias. He is well built tall and has an amazing short beard...
13802. Do people in your country judge by appearances 15.73 KB
  Do people in your country judge by appearances Isn’t it unfortunate that in today’s world of technology and information many people judge others by appearances and Russia is not an exception. I strongly believe that people shouldn’t be so superficial and rely on appearances at the first meeting. In the first place it often happens that one’s social position doesn’t match their appearance. For example when you come for a job interview at a new place you walk down the corrid...
13803. Opinion essay 14.71 KB
  Opinion essay Isn’t it incredible that nowadays people are mostly judged by appearance I strongly believe that in my country appearance affects the opinion of a person. One more sentence In the first place Russians judge celebrities by appearances. For example Nickolay Baskov wears shiny clothes to show . Moreover we can classify people by age social status i.e. belonging to the social groups. Logic Let us say big chains and gaudy clothes or hippy wear blue jeans and a l...
13804. The topic is different, isn’t it 27 KB
  Opinion essay The topic is different isn’t it Have you ever considered that appearance is important in our country In fact the largest number of different people in Russia often to appearance and Russian people judge by clothes figure and cost of things. I strongly believe that it is not right because in my opinion appearances often are very deceptive and don’t serve as a criterion to judge people on. In the first place many unconsciously take outward beauty as a sign of in...
13805. Do people in our country judge by appearances 28.5 KB
  Кучер А. Do people in our country judge by appearances Isn’t it disappointing that people in our country judge by appearances I strongly believe that appearance is important in our country: the largest number of people judge according to how much somebody’s clothes cost how people look like. In the first place people judge you according to your figure body build height weight haircut etc. For example more and more women girls and even men in our country dream about ch...
13806. Isn’t it unfortunate that appearance is very important 24 KB
  Isn’t it unfortunate that appearance is very important I strongly believe that a lot of people in my country judge be appearances. Expand your introduction 12 sentences more. In the first place people pay attention to appearance choosing a partner for life. For example a wealthy businessman isn’t likely to want to have relationships with a woman who doesn’t look attractive. Moreover appearance is important for the choice of a future career and employment. In my opinion not wellg...
13807. How important is appearance in your country 14.44 KB
  How important is appearance in your country Isn’t it true that people’s appearance plays a big role in modern society. It seems obvious that appearance can reflect our individuality and our way of life. As far as I am concerned appearance is very important in our country. On the one hand it’s right to judge people by appearances. If we don’t want to look strange we must follow certain rules. For example we usually wear a classic suit or a special uniform and a neat ...