Специализированный источник питания для АТС

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Тульский государственный университет

КАФЕРА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Утверждаю «____» ___________1998 г.

Зав. кафедрой РЭ ________________ ЗАДАНИЕ

на дипломное проектирование

студенту гр.260831 Вяткину И.Н.

1. 1. Тема. «Специализированный источник питания для АТС»

Утверждена приказом по университету № _____ от «_____» ________ 1998 г.

2. 2. Цель проектирования.

2.1. 2.1. Задачи проектирования: Разработка конструкции малошумящего источника питания для АТС

2.2. 2.2. Технические требования: Напряжение питания – 220±22 В.; частота тока – 50 Гц.; выходное напряжение - +24 В. при Рвых £ 250 Вт.; величина эффективного значения переменной составляющей выходного напряжения не более 100 мкВ в полосе частот от 50 Гц до 3 кГц,; защита по току нагрузки; конструктивное исполнение: силовой блок и контрольно-управляющий блок выполнены в виде 2-х различных блоков, размеры корпусов блоков в плане 480´340 мм; условия эксплуатации – 1 группа по ГОСТ 16.019 – 78; вероятность безотказной работы – 0,85 при 5000 ч. работы:

6. 6. Содержание пояснительной записки: Введение. 1.1.Анализ технического задания. 1.2.Обоснование критерия качества проектируемого изделия.1.3.Патентно-информационный поиск. 2.1.Формализация критерия качества. 2.2.Разработка конструктивных вариантов. 2.3.Оптимизация конструкции. Выбор оптимального варианта. 2.4.Детально- конструктивная проработка оптимального варианта. 2.5.Выбор материалов, элементов, покрытий. 3.Расчет тепловых режимов. 4.Расчет надежности. 5.Разработка структурной схемы источника питания 6.1.Выбор и обоснование технологического процесса изготовления печатных плат.6.2.Технологическое приспособление для изготовления печатной платы.6.3.Расчет усилия вырубки платы по контуру и обоснование выбора пресса.6.4.Расчет исполнительных размеров штампа.7.Инструкция по эксплуатации, измерение параметров, регулирование и настройка источника питания .8.Организационно-экономическая часть. 9. ОТ и ТБ. Список литературы. Приложения.

4. Графическая часть: Схема электрическая принципиальная ф.А1.

Схема электрическая структурная ф.А1.

Источник питания. Сборочный чертеж 2ф.А1.

Чертеж печатной платы 2ф.А1.

Сборочный чертеж печатной платы.фА1.

Кондуктор. Сборочный чертеж ф.А1.

Плакат. Технико-экономические показатели ф.А1.

5. 5. Консультанты по проекту:

Наименование раздела Ф.И.О. преподавателя Подпись, дата Организационно-экономический Абрамкина Н.Г. Охрана труда Шейкман Л.Э. Основная часть Семёнов Л.П.

6. 6. Дата выдачи задания: «_______» __________ 1998 г.

7. 7. Срок сдачи студентом законченного проекта: «_______» _____ 1998 г.

Руководитель: ________________________________________ /Семёнов Л.П./

Задание принял к исполнению: ___________________________ /Вяткин И.Н./

Аннотация В данном дипломном проекте разработана конструкция «Специализированного источника питания для АТС», пояснительная записка содержит страниц печатного текста, имеются приложения и графическая часть на 9 листах формата А1. В дипломном проекте и обоснована и проведена оптимизация конструкции, составлены технологические требования к конструкции, выполнен патентно-информационный поиск. Большое внимание уделено конструированию источника питания. Также сделаны расчеты надежности и теплового режима. В технологической части дипломного проекта приведен выбор и обоснования технологического процесса изготовления печатной платы. Разработано приспособление для изготовления печатной платы. Приведен расчет усилия вырубки платы и обоснование выбора пресса. А также сделаны расчеты исполнительных размеров штампа. Тема дипломного проекта выполнена согласно письму главного инженера Чернского узла электросвязи - филиала ОАО «Тулателеком». В организационно-экономической части определена себестоимость изделия, лимитная и договорная цены, экономический эффект. Рассмотрены вопросы ОТ и ТБ, охраны окружающей среды. ЦДФО 465.114.001 ПЗ

Изм. Лист № документа Подпись Дата

Разраб. Вяткин И.Н. Специализированный источник питания для АТС. Пояснительная записка Литера Лист Листов

Провер. Семенов Л.П.

ТГУ кафедра РЭ гр. 260831

Н. Контр. Никольский

Утв. Покровский ЮА

Содержание Введение 1. 1. Технико-экономический анализ темы проекта 1.1. 1.1. Анализ технического задания 1.2. 1.2. Обоснование критерия качества проектируемого изделия 1.3. 1.3. Патентно-информационный поиск 2. 2. Конструкторская часть 2.1. 2.1. Формализация критерия качеств 2.2. 2.2. Разработка конструктивных вариантов 2.3. 2.3. Оптимизация конструкции в соответствии с выбранным критерием качества. Выбор оптимального варианта 2.4. 2.4. Детально-конструктивная проработка оптимального варианта 2.5. 2.5. Выбор материалов, элементов и покрытий 2.5.1. 2.5.1. Выбор элементов 2.5.2. 2.5.2. Выбор материалов 2.5.3. 2.5.3. Выбор покрытия 3. 3. Расчет теплового режима 4. 4. Расчет надежности 5. 5. Разработка структурной схемы источника питания 6. 6. Технологическая часть 6.1 6.1 Выбор и обоснование технологического процесса изготовления печатных плат 6.2 6.2 Технологическое приспособление для изготовления печатной платы 6.3 6.3 Расчет усилия вырубки платы по контуру и обоснование выбора пресса 6.4 6.4 Расчет исполнительных размеров штампа 7. 7. Инструкция по эксплуатации, измерение параметров, регулирование и настройка источника питания 8. 8. Организационно-экономическая часть 8.1 8.1 Организация и планирование ОКР с применением методов СПУ 8.2 8.2 Составление и расчет сетевого графика

ЦДФО 465.114.001 ПЗ Лист

Изм Лист № документа Подпись Дата

8.3 8.3 Расчет затрат на проектирование и использование источника питания

8.3.1 8.3.1 Определение плановой себестоимости проведения ОКР

8.3.2 8.3.2 Определение прибыли и договорной цены

8.4 8.4 Расчет затрат на изготовление опытного образца электронного устройства и предпроизводственных затрат

8.5 8.5 Расчет затрат на изготовление проектируемого электронного устройства, лимитной цены

8.6 8.6 Расчет лимитной цены

8.7 8.7 Оценка уровня качества проектируемого электронного устройства

8.8 8.8 Расчет эксплуатационных затрат потребителя

8.9 8.9 Расчет годовых текущих издержек

8.10 8.10 Определение экономической эффективности проектируемого изделия.

9. 9. Охрана труда и окружающей среды

9.1 9.1 Анализ опасных и вредных факторов при проектировании

9.2 9.2 Выбор помещения и расположение рабочих мест

9.3 9.3 Пожарная безопасность

9.4 9.4 Расчет освещения

9.5 9.5 Обеспечение электробезопасности методом заземления

9.6 9.6 Обеспечение микроклимата и расчет вентиляции

Заключение

Библиографический список

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Введение

Радиоэлектронная аппаратура в том числе и устройства связи предъявляют весьма жесткие требования к качеству потребляемой ими электрической энергии, а в большинстве случаев требуют обязательного преобразования энергии первичного источника. Поэтому одновременно с прогрессом в автоматике и радиоэлектронике происходит бурное развитие преобразовательной техники и статических средств вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры, которые осуществляют необходимые преобразования электрической энергии (часто многократные), обеспечивая при этом требуемые значения питающих напряжений как постоянного, так и переменного однофазного или многофазного токов; электрическую изоляцию цепей питания друг от друга и от первичного источника; высокую стабильность вторичных питающих напряжений в условиях значительного изменения первичного питающего напряжения и нагрузок; эффективное подавление пульсаций во вторичных питающих цепях постоянного тока; требуемую форму напряжения переменного тока, постоянство сдвига фаз и высокую стабильность их частоты и т.д.

Полученные в этой области качественно новые результаты, а именно обеспечения высокой надежности, экономичности и большого срока службы средств вторичного электропитания при их сравнительно малых габаритах и массе, обусловлены переходом на полупроводниковую элементную базу.

В условиях рыночных отношений необходимо обеспечить конкурентоспособность изделий, а поэтому необходимо обеспечить надежность выполнения функциональных задач наряду с приемлемой стоимостью прибора.

В данном дипломе проектируется блок вторичного электропитания, предназначенный для питания изделия специального назначения, которое критично к помехам по цепи питания в полосе частот от 50 Гц до 3 кГц. Выполнение требований заданий обеспечивается как схематическими, так и конструкторскими мерами.

1. 1. Технико-экономический анализ темы проекта.

1.1. 1.1. Анализ технического задания Прибор выполнен по техническому заданию, составленному применительно к эксплуатации в условиях Чернского узла электросвязи филиала ОАО «Тулателеком». Источник питания для АТС может использоваться на автоматических телефонных станциях в качестве источника питания для аппаратуры уплотнения ИКМ-120. Так как источник питания эксплуатируется в закрытом помещении, то специальных мер защиты источника питания предусматривать не следует. Рабочий температурный охват для источника питания – от +5 до +40°С, допустимая относительная влажность воздуха при 30°С – 40 до 90%, атмосферное давление – от 84 до 107 кРа.

Использование источника питания на АТС предусматривает габариты и компоновку прибора исходя из размеров и расположения другой аппаратуры, а также удобство в эксплуатации, поэтому заданы габаритные размеры в плане 480´340. Конструкция источника питания должна обеспечивать в полной мере выполнение технических требований, предъявляемых к прибору, и обеспечивать нормальный тепловой режим. Одним из возможных вариантов исполнения данного прибора является конструктивное оформление его в корпус.

Из анализа условий эксплуатации следует, что выбор электрорадиоэлементов /ЭРЭ/ должен обеспечивать работу источника питания в заданных условиях без снижения надежности.

Разрабатываемая конструкция источника питания должна быть технологична. Технологичность конструкции – это совокупность свойств конструкции изделия, обеспечивающая оптимизацию затрат при производстве, эксплуатации, ремонте с учетом заданных показателей качества, объема выпуска и условий выполнения работ. Проведем расчет показателей технологичности конструкции по методике, изложенной в [6] .

Экономичность конструктивной и пространственной компоновке блока определяется количеством деталей в изделии и их распределением по назначению.

Коэффициент экономичности равен:

, (1.1)

где Пдоп, Пвсп, Посн, - соответственно, количество дополнительных, вспомогательных и основных деталей.

Коэффициент повторяемости (внутренней унификации) определяется на основе выражения:

, (1.2)

где П – общее количество деталей и узлов в изделии;

Пнаим – общее количество наименований типоразмеров деталей и узлов в изделии.

Коэффициент разнообразия применяемых материалов характеризуется качеством применяемых марок, типоразмеров материалов и определяется на основе выражения:

, (1.3)

где Мт – количество типоразмеров материалов, идущих на изготовление

оригинальных и заимствованных деталей изделия;

Пор – общее количество оригинальных и заимствованных деталей.

Одним из важнейших критериев технологичности конструкции является степень конструктивной преемственности вновь разрабатываемой конструкции. Она характеризуется следующими коэффициентами:

Коэффициентом нормализации и стандартизации, который определяется по формуле:

, (1.4)

где Пн ,Пс - соответственно количество нормализованных и стандартизованных деталей.

Коэффициентом общей преемственности, определяемый по формуле:

, (1.5)

где Пз – количество заимствованных деталей.

Полученные расчетным путем показатели, сведем в табл. 1.1.

Показатели технологичности конструкции Таблица 1.1. № Показатели Значение 1 Коэффициент экономичности 0,4 2 Коэффициент повторяемости 4,0 3 Коэффициент разнообразия применяемых материалов 0,417 4 Коэффициент нормализации и стандартизации 0,49 5 Коэффициент общей преемственности 0,56

Анализируя полученные показатели, сделать вывод, что данная конструкция источника питания в заданной серии выпуска, технологична. Прибор может эксплуатироваться на АТС. Разработанный прибор удовлетворяет всем задачам, поставленным в ТЗ. Прибор отличается сравнительно небольшими габаритами, относительной простотой и надежностью конструкции.

С целью повышения ремонтопригодности источник питания выполнен, как два блока – силовой и контрольно-управляющий. Кроме этого, облегчается и тепловой режим контрольно-управляющего блока.

1.2. 1.2. Обоснование критерия качества проектируемого изделия.

Проектируемый прибор относится к стационарной радиоэлектронной аппаратуре (РЭА), поэтому в качестве критерия качества примем комплексный показатель качества.

В условиях рыночной экономики наиболее существенными показателями, обеспечивающими конкурентоспособность изделия и характеризующими потребительские свойства изделия, являются такие показатели, как надежность и стоимость.

Так как источник питания относится к стационарной РЭА, то необходимо, чтобы его конструкция обеспечивала удобство при эксплуатации и обладала хорошим эстетическим оформлением. Для этого используются наиболее удачные, ранее найденные, конструктивные решения. В нашем случае оптимальной формой источника питания является конструкция, помещаемая в прямоугольный корпус. Этот вывод сделан на основе проведенного теплового расчета. Расчет приведен в разделе 3.

Отвод теплоты, благодаря относительно небольшой выделяемой мощности, осуществляется за счет естественной воздушной конвекции. Необходимая точность выдаваемых источником питания электрических параметров обеспечивается схемным решением и путем выбора электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с малым разбросом номиналов (до 5%).

Конструирование данного источника питания производится в узловом исполнении. Наличие узлов, скомпонованных в зависимости от выполняемых функций, улучшает ремонтопригодность.

На основе выбранного критерия качества проводим патентно-информационный поиск по уже существующим разработкам. Результаты патентно-информационного поиска приведены в разделе 1.3.

1.3 ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ ПОИСК

ЗАДАНИЕ

НА ПРОВЕДЕНИЕ ПАТЕНТНОГО И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО

ИССЛЕДОВАНИЯ

Тема дипломного проекта: Специализированный источник питания для АТС.

Задачи патентного и научно-технического исследования:

Выявить новизны источника питания,

обзор и анализ известных решений.

Исполнитель: Вяткин И.Н.

Краткое содержание работы: Выявить аналоги и провести сравнительный анализ

из функциональных возможностей и основных параметров источников питания.

Срок исполнения: 10 сентября 1998 г.

Отчетный документ: Справка-отчет о патентном исследовании.

Руководитель дипломного проекта: Семенов Л.П.

Задание принял к исполнению 01.09.98 г.

Студент гр. 260831 Вяткин И.Н.

Справка-отчет о патентном исследовании.

Тема дипломного проекта: «Специализированный источник питания для АТС».

Начало поиска 01.09.98 г. Окончание поиска 10.09.98 г.

Таблица 1.2.

Предмет поиска Страна, индекс /МКИ, НКИ/ № заявки, патента Сущность изобретения Недостатки 1 2 3 4 5 Импульсный источник питания СССР, G 05 F1/56 1780588 С целью повышения надежности в работе путем повышения быстродействия защиты в аварийных режимах введены две дополнительные обмотки магнитного усилителя, шунтирующая цепь, измерительная цепь, две управляющие обмотки со средней точкой и выключающая обмотка, размещены на сердечнике силового трансформатора причем каждая обмотка выводом от средней точки соединена последовательно с соответствующей дополнительной обмоткой магнитного усилителя и подключена к свободному выводу конденсатора RC – цепи. Недостаточная мощность. Вторичный источник питания СССР, G 05 F1/569 1777130 С целью повышения надежности введены триггер Шмидта, первый и второй транзисторы, шесть резисторов, два конденсатора, второй диод, второй делитель выходного напряжения, тиристорный оптрон и исполнительный элемент. Уровень шумов критический для аппаратуры АТС Стабилизированный источник питания СССР, G 05 F1/56 1774319 С целью расширения диапазона выходной нагрузки в цепь подпитки введен стабилизатор напряжения линейного типа, включенный между токоограничительным дросселем и выходными выводами и состоящий из последовательно регулирующего транзистора, коллектор, которого соединен с входом, а эмиттер – с выходом стабилизатора напряжения, опорного элемента. Сложное схемотехническое решение. Источник электропитания с защитой перегрузок по току СССР, G 05 F1/569 1772797 С целью повышения КПД введены транзистор, диод, первый и второй стабилитроны, шестой, седьмой, восьмой и девятый резисторы и источник вспомогательного напряжения с полярностью противоположной полярности источника вспомогательного напряжения. ___ Стабилизированный источник питания Великобритания, G 05 F 3/00 2229054 С целью расширения функциональных возможностей и повышения надежности введены узел контроля занижения выходного напряжения, состоящий из делителя выходного напряжения, источника опорного напряжения с плавным нарастанием напряжения и усилителя постоянного тока. Высокая стоимость устройсва Вторичный источник электропитания и устройство для фиксации уровня напряжения США, G 05 F1/56 5123612 С целью повышения эксплутационной надежности введены инвертор и дополнительный управляемый ключ, а компаратор выполнен со стробирующим входом, соединенным с входом инвертора. Высокая сложность устройства ведет к увеличению размеров источника питания.

Научно-технические источники.

7. 7. УДК 681.322.036.

Устройство для запитывания блока электропитания, выдающего рабочее напряжение постоянной величины. Power measurement system. / Clayve Fred R. / US Dep Commer. Nat. But. Stand – 1996 - №345. – США.

Приводится подробное описание технических и эксплутационных характеристик системы, специально разработанной для высокостабильных электропитающих установок напряжением до 60 В.

8. 8. УДК 681.322.003.

Устройство для стабилизации напряжения постоянного тока. Technegves automated microwave nts. /Lomas Streve/ Electron Eny. (Gr. Brit.) – 1995 – 61. №746. – англ.

Устройство обеспечивает высокий уровень стабилизации во всем рабочем диапазоне напряжений, а также автоматизированный контроль выходной мощности.

9. 9. УДК 681.322.467.

Многоканальный источник питания с комбинированной защитой. /А.А. Фурсов, Курское производственное объединение «Счетмаш»./ Электронная промышленность. – 1997 г. - №1.

Представлено подробное описание, структурные и принципиальные схемы источника питания предназначенного для использования в системах связи.

Анализируя результаты патентно-информационного поиска можно сделать вывод об актуальности данной темы и отметить, что разрабатываемый источник питания является наиболее приемлемым компромиссом между существующими дорогостоящими аналогами и предлагаемыми вариантами для использования в качестве источника питания для многоканальной аппаратуры уплотнения типа ИКМ-120, как по конструкции, так и по технологическим показателям.

2. 2. Конструкторская часть.

2.1. 2.1. Формализация критерия качества

Любую систему РЭА характеризует качество, которое определяется вектором К=(К1,...Кi,...,Кm) показателей качества.

С увеличением или уменьшением каждого из показателей Кi качество системы монотонно улучшается при прочих равных условиях. Система, обладающая наилучшим значением вектора Кi, считается оптимальной.

Введем понятие критерия оптимальности системы. Это критерии, согласно которому одно значение вектора Кi считается лучше или хуже другого его значения.

Фактически показателем качества системы можно считать такие параметры, как масса устройства, занимаемый им объем, стоимость, потребляемая мощность, надежность, а также другие параметры в зависимости от особенностей конструкции и возможных условий эксплуатации.

При оптимизации системы в целом - одной из основных задач является оптимизация ее параметров X1,...,Xn,...,Xm (m>n), т.е. отыскание таких значений X1,...,Xn,...,Xm при которых достигается наилучшее значение вектора К показателей качества. Каждый из показателей качества

K1,...Ki,...Km в обобщенном случае зависит от всех параметров системы

K1=f1× (x1,...xi,...xn) (2.1)

K2=f2× (x1,...xi,...xn)

K3=f3 × (x1,...xi,...xn)

Функции fm называют целевыми функциями.

Одновременно с обоснованием вектора К показателей качества (определением целевых функций) системы и критерия оптимальности для оптимизации параметров системы в исходных данных в общем случае требуется установить совокупность ограничений, накладываемых на показатели качества и параметры синтезируемой системы.

Оптимизация системы, производимая на основе показателей качества, т.е. с учетом нескольких целевых функций, называется векторной (многокритериальной) оптимизацией.

Показатели качества отличаются разнообразием. Показатели качества конструкции это количественные характеристики одного или нескольких свойств, составляющих качество конструкции, причем каждая характеристика рассматривается применительно к отдельным условиям производства, эксплуатации конструкции в зависимости от характера решаемых задач по оценке уровня качества классифицируется по различным признакам.

Основным признаком классификации является классификация по характеризуемым свойствам. Это показатели надежности назначения, технологичности.

В расчетах будем использовать для оценки качества показатели назначения, показатели технологичности.

К группе показателей назначения отнесем три подгруппы:

1) 1) классификационные

2) 2) эксплуатационные

3) 3) конструктивные

К эксплуатационным показателям импульсов относятся: стабильность формируемых сигналов, выходная мощность, потребляемая мощность.

К конструктивным показателям относятся показатели, характеризующие основные конструкторские решения, удобства монтажа, объем и один из важных показателей такой, как уровень миниатюризации.

Уровень миниатюризации представляет собой количественную меру совокупности технических решений, направленных на эффективное исследование объема.

К показателям надежности относятся следующие параметры:

1) 1) безотказность

2) 2) долговечность

3) 3) сохраняемость

4) 4) ремонтопригодность

К показателям технологичности отнесем:

1) 1) трудоемкость

2) 2) себестоимость

3) 3) материалоемкость

Для того, чтобы оценить качество конструкции, безошибочно определить оптимальный вариант, необходимо количественно оценить комплексный показатель качества, состоящий из ниже перечисленных [6].

Комплексный показатель качества будем находить по формуле:

Kn=0.2N3+0.3G + 0.3No + 0.2T, (2.2)

где: 0.2, 0.3 - соответствующие коэффициенты весомости

N3 - комплексный показатель назначения;

G - комплексный конструктивный показатель;

No - комплексный показатель надежности;

Т - комплексный показатель технологичности.

Каждый из частных комплексных показателей находится при помощи весовых коэффициентов следующим образом:

1) 1) Показатель назначения:

N3 = 0.9Nnm + 0.4Ntd + 0.3Nbm (2.3)

где: Nnm - показатель потребляемой мощности

Ntd - стабильность формируемой параметрии

Nbm - потребляемая мощность нагрузки (выходная мощность)

0.3, 0.4,0.3 - соответствующие коэффициенты весомости

2) 2) Конструктивный показатель качества:

G = 0.3V + 0.3M + 0.4Mn (2.4)

где: V - объем устройства;

M - масса блока;

Mn - уровень миниатюризации;

0.3, 0.4 - соответствующие коэффициенты весомости.

3) 3) Найдем комплексный показатель надежности:

No = 0.25Sx + 0.25D + 0.25B + 0.25Rm, (2.5)

где: Sx – сохраняемость;

D – долговечность;

В – безотказность;

Rm – ремонтопригодность.

4) 4) Найдем комплексный показатель технологичности:

Т = 0.3Tр + 0.3Мт + 0.4Sб (2.6)

где: Тр - трудоемкость изготовления блока

Мт - материалоемкость

Sб - себестоимость изделия

0.3, 0.4 - соответствующие коэффициенты весомости

Следует особо отметить, что выше приведенные показатели используются в относительных единицах, называемых частным уровнем конструкции и данному свойству:

YKi=Pi/Bi (2.7)

где: Pi - показатель i-го свойства, оцениваемой конструкции

Bi - показатель i-го свойства базовой конструкции

Влияние каждого из критериев на общую совокупную оценку различно и зависит от вполне конкретных обоснованных требований, строго дифференцированный подход предусматривает введение коэффициентов весомости.

При их выборе руководствуются следующими положениями:

наибольший коэффициент весомости ;

показатели одинаковой весомости имеют одинаковые коэффициенты весомости.

коэффициент весомости всех рассматриваемых свойств отвечает условию:

mi=1 - для комплексного показателя качества

mj=1 - для частных показателей качества

Однако, оптимизация конструкции с помощью комплексного показателя качества носит элемент субъективизма при бальной оценке экспертов для весовых коэффициентов. Для получения этого в качестве основных критериев качества проведем оптимизацию по критериям надежности и стоимости.

где P(t) – вероятность безотказной работы системы;

l - интенсивность отказов элементов с учетом условий эксплуатации;

t – время работы.

где- стоимость изделия, - стоимость электрорадиоэлементов, входящих в состав изделия, Спр – стоимость производства изделия.

2.2. 2.2. Разработка конструктивных вариантов.

В разделе 2.1. рассмотрено множество свойств конструкции разрабатываемого прибора, соответствующие им требования и оценивающие их показатели. Для того, чтобы судить о качестве конструкции в целом, необходимо это множество показателей свести к одному, комплексному показателю, который количественно сравнит варианты конструкций.

Исходя из вывода, сделанного в разделе 1.2., для оценки комплексного показателя качества конструкции прибора выбираем следующие частные показатели: группа назначения – объем, масса; группа надежности – безотказность (время наработки на отказ) и стоимость.

Оценку комплексного показателя качества проводим по методике экспресс оценки по трем, функционально унифицированным приборам, выполненным на различных типах микросхем по степени интеграции и с различными конструкциями и типоразмерами печатных плат. Основные характеристики приборов приводятся ниже.

Прибор №1 разъемной конструкции, скомпонован из набора ячеек, состоящих из печатных плат с интегральными микросхемами второй степени интеграции, серии К155 и навесных электрорадиоэлементов (ЭРЭ). Нижняя и верхняя стенки прибора крепятся к передней и задней панелям, образуя жесткую конструкцию размерами 480´300´370 мм. Кожух прибора, изготавливаемый, из тонколистового проката стали, толщиной 0,8 мм. На верхнюю и нижнюю стенки установлены направляющие из прессматериала, для крепления ячеек в приборе. Электрический монтаж ячейки

Рис. 2.1. Эскиз прибора №1.

1 – корпус; 2 – направляющие; 3 – ячейка печатной платы.

осуществляется соединителями типа ГРМП1. Печатные платы в ячейке расположены параллельно друг другу, с односторонним расположением корпусов ИС и дискретных элементов. Печатный монтаж двухсторонний. Эскиз прибора приведен на рис. 2.1.

Прибор №2 разъемной конструкции, состоит из набора одноплатных и двухплатных функциональных узлов, каждый из которых представляет совокупность многослойной печатной платы, корпусов микросхем второй степени интеграции. Серии КР564 и дискретных ЭРЭ, установленных с одной стороны МПП. Внутренний монтаж прибора выполнен объемным способом. Электрическое соединение между платами выполнено объединенной ПП. Размеры корпуса 480´340´430 мм. Материал корпуса – тонколистовой прокат алюминиевого сплава типа АМ2-2, толщиной 2,0 мм. Эскиз прибора приведен на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Эскиз прибора №2.

1 – корпус; 2 – печатные платы; 3 – соединительная ПП.

Прибор №3 разъемной конструкции, состоит из набора одноплатных функциональных узлов, выполненных на интегральных микросхемах типа К555 и дискретных ЭРЭ. Печатный монтаж двухсторонний, расположение ИС и ЭРЭ одностороннее. Закрепление ПП жесткое, на стойках. Электрический монтаж между функциональными блоками выполнен объемным способом с применением разъемов. Размеры корпуса 480´340´430 мм. Материал корпуса – тонколистовой прокат алюминиевого сплава, типа АМ2 – 2, толщиной 2,0 мм. Эскиз прибора приведен на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Эскиз прибора №3.

1 – корпус; 2 – печатные платы; 3 – стойки.

По габаритным размерам приборов находим их объем:

Прибор №1 – V = 8125 см3;

Прибор №2 – V = 8545 см3;

Прибор №3 – V = 8004 см3.

Показатели надежности и стоимости приборов рассчитываем по интенсивности отказов и цене основной элементной базы приборов – интегральным микросхемам, для чего составляем таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

Прибор №1 Прибор №2 Прибор №3 ИС серии КР155 ИС серии К564 ИС серии К555 Функц. назнач. Кол-во Цена Функц. назнач. Кол-во Цена Функц. назнач. Кол-во Цена тип шт. руб. тип Шт. руб. тип шт. руб. ЛЕ8 4 3 ТМ2 2 2 ИЕ10 1 4 ЛА12 2 2 ЛА9 1 2 ЛА7 3 3 АГ3 2 4 АГ1 3 2,5 ТМ8 4 3,5 ИД3 4 3,5 ЛЕ6 1 3 ЛЕ5 2 3,5 ЛА10 3 3 ЛА10 3 3,5 ЛА10 1 2,5 ИЕ5 2 3 КТ3 2 4 Итого 16 37 Итого 12 35 Итого 11 44,5

Вероятность безотказной работы для различных вариантов равна:

, (2.8)

для прибора №1 – P(t) = 0,83 < P(t) по ТЗ;

для прибора №2 – P(t) = 0,87 > P(t) по ТЗ;

для прибора №3 – P(t) = 0,85 = P(t) по ТЗ.

Рассчитанные параметры приборов сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2.

№ Параметры приборов Прибор №1 Прибор №2 Прибор №3 1 Тип корпуса ИС 401.14 -1 401.14 -1 201.14 -1 2 Габаритные размеры прибора, мм. 480´300´370 480´340´430 470´340´430 3 Объем корпуса прибора, см3. 9125 8545 8004 4 Число корпусов микросхем 16 12 11 5 Масса, кг. 8,6 9,4 7,3 6 Показатели надежности, ч. 24817 30250 31680 7 Типоразмер ПП 200´170´2 200´170´1,5 200´170´1,5 8 Стоимость ИС и ПП, руб. 44 40 49,5

Все сравниваемые значения выбранных параметров приводим к безразмерным величинам, по формулам:

; (2.9)

, (2.10)

где - безразмерный показатель параметра;

- показатель i – го параметра;

- максимальный показатель i – го параметра.

Полученные результаты сводим в таблицу 2.3.

Таблица 2.3.

Нормированные параметры Объем Масса Показатели надежности Стоимость Прибор №1 0,63 1,0 0,5 0,88 Прибор №2 1,0 0,7 1,0 0,7 Прибор №3 0,61 0,87 0,22 1,0

Вернуться