Автомат управления осветительными устройствами

1. Общая часть

.1      Назначение устройства

Регулятор освещения с дистанционным управлением умеет не только включать и выключать освещение, но и регулировать его яркость. Он имеет и дополнительную функцию - имитирует присутствие хозяев в квартире, периодически зажигая свет на некоторое время. Регулятор включают последовательно с лампами управляемого им светильника, как обычный выключатель. Подводить к нему еще какие-либо провода не требуется.

.2      Технические условия

Регулятор освещения с дистанционным управления обладает следующими техническими характеристиками:

·        Микроконтроллер серии АТ 90S2313-4SC

·        Напряжение питания 2,7 В

·        Частота внутреннего тактового генератора МК 4 Мгц

1.3  Сравнение с аналогами

По сравнению с другими аналогами дистанционное управление регулятором освещения возможно с помощью ПДУ любого бытового прибора, причем для управления можно выбрать любые кнопки, не перепрограммируя микроконтроллер регулятора. На команды, подаваемые остальными кнопками или с ПДУ другого типа, регулятор реагировать не будет.

2. Расчетно-конструкторская часть

2.1 Разработка структурной схемы

На рисунке 2.1 представлена структурная регулятора освещения с дистанционным управлением.

Назначение блоков:

Рисунок 2.1 - Структурная схема управляемого инвертора

2.2 Выбор элементной базы

Представим реализацию блоков схемы структурной:

1)      Фильтр питания модуля выполнен на микросхеме резистора R1 (С2-33Н) и конденсатора С1 (К50-35);

Рисунок 2.2 - Фильтр питания модуля

Рисунок 2.3 - Внешний вид фильтра питания модуля

Технические характеристики:

·              Напряжение: от 0 до 35 В

·              Ток: от 0 до 1,5 А

·              Максимальная мощность: 52,5 Вт

2.3 Схема электрическая принципиальная. Принцип действия

Принцип регулирования яркости основан на отсечке с помощью симистора VS1 части периода питающего лампу переменного тока. МК AT90S2313 (DD1) выбран в качестве основы прибора исходя из того, что, имея небольшие габариты и стоимость, обладает достаточным объемом памяти и работает при минимальном напряжении питания 2,7 В. Именно такое напряжение поступает на МК, когда установлена максимальная яркость и падение напряжения на симисторе VS1 минимально. Частота внутреннего тактового генератора МК 4 МГц (максимально допустимая при напряжении 2,7 В) задана кварцевым резонатором ZQ1.

Рисунок 2.3 - Схема электрическая принципиальная

.4 Предварительный расчет надежности. Полный расчет элемента схемы

Надежность - свойства изделия выполнять заданные функции сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных процессах в течении требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Отказ - это событие после появления которого изделие теряет работоспособность, т.е. какой либо один или несколько основных параметров не соответствующих требованиям установленных в КД.

Вероятность безотказной работы - это вероятность того, что в определенные условия эксплуатации в процессах заданной продолжительности времени отказа не произойдет.

Исходными данными при расчете надежности являются:

         Принципиальный блок - схема, и входящие в ее устройств с параметрами функционирования;

2        Принципиальности схемы всех функциональных узлов с указаниями типов изделий, входящие в узлы;

         Режимы работы резервных устройств;

         Электронный режим работы изделий;

         Величины интенсивности отказов изделий;

         Непрерывное время работы;

         Температура окружающей среды;

         Условия эксплуатации.

         Этапы проведения расчета надежности:

         Проведение структурного анализа;

         Составления структурной схемы расчета надежности;

         Проведения расчета надежности;

         Оформление расчета надежности.

         Виды расчета надежности:

         Предварительный;

         Окончательный.

Предварительная надежность изделия определяется по формуле:

Средняя наработка до отказа - время работы изделия до первого отказа определяем по формуле:

Находим вероятное число отказавших приборов (Х) за промежуток времени равный 1000 часам:

Р(t)= (N₀-N)/t, где

N₀ - число исправных изделий к концу нормального периода работы или к какому-то времени t.

N - число изделий поставленных на испытание.

,999=(1000-х)/1000

x=1000-999=1

Вывод: вероятность безотказной работы проектируемого изделия Р(t)= 0,999 за промежуток времени равный 1000 часов работы. Это означает, что из 1000 изделий безотказно будут работать 999, а 1 могут отказать.

Выполним расчет надежности элемента схемы конденсатора К10-1Б.

D_э = К_с * D_ос.т* К_р* К_э

где:

D_ос.т - интенсивность отказов ИЭТ;

К_р - коэффициент режима, зависящий от эл. Нагрузки или (и) t среды.

К_э - коэффициент, зависящий от условий эксплуатации.

К_с - коэффициент, зависящий от величины номинальной ёмкости.

D_э = 0,4 * 0,012 * 0,03 * 2 *10^-6=0,000288*10^-6

2.5 Расчет технологичности конструкции

Под технологичностью конструкции понимается совокупность свойств, определяющих её приспособленность к достижению оптимальных затрат при производстве, эксплуатации и ремонте для заданных показателей качества, объема выпуска и выполнения работ.

Отработка конструкций на технологичность ведется по выполненным чертежам и должна предшествовать разработке технологических процессов и представляет собой часть работ по обеспечению технологичности на этапах разработки конструкции изделия и постановке её на производство.

Отработка конструкций на технологичность должна производиться как конструкторами, так и технологами, а также производственниками, в процессе подготовки производства к выпуску изделия.

Отработка конструкции на технологичность производится на всех стадиях разработки конструкции, при технологическом оснащении производства и изготовлении изделия.

Расчет технологичности производится по следующей формуле:

К=,

где Ki - расчетный базовый показатель соответствующего класса блоков;

φ - коэффициент весовой значимости показателя;

i-       Порядковый номер показателя в ранжированной последовательности;

n - число базовых показателей, определяемых на данной стадии разработки изделия.

Уровень технологичности разрабатываемого изделия при известном нормативном комплексном показателе Кн, согласно ГОСТ14.201-93, оценивают отношением достигнутого комплексного показателя к нормативному Кн. Это отношения должно удовлетворять условию К / Кн.

Для расчётов технологичности составим таблицу радиоэлементов, подлежащих лужению и формовке.

Базовые показатели технологичности электронных блоков

- коэффициент использования микросхем,

- число микросхем и микросборок в изделии,

- общее число ЭРЭ,

- коэффициент автоматизации и механизации монтажа в изделии,

 - число монтажных соединений осуществляемым автоматизированным и механизированным способом

 - число монтажных соединений

 - коэффициент механизации подготовки ЭРЭ к монтажу

 - число ЭРЭ, подготовка и монтаж, которые осуществляются механизированным способом

 - коэффициент механизации контроля и настройки

 - число операций контроля и настройки, выполненные механизированным и автоматическим способом

 - число операций и контроля

 - коэффициент повторяемости ЭРЭ

 - число типоразмеров ЭРЭ

 - коэффициент применяемости ЭРЭ

 - число типоразмеров оригинальных ЭРЭ

Кн =0,7

К / Кн≥1

,55/0,6=0,99

Вывод: Изделие технологично, т. к. К/ К_н 1 и это удовлетворяет условию.

.6 Расчет проведения профилактических работ

Выполним расчет проведения профилактических работ.

Для РЭА, которые не большую часть времени находиться в работе, период выполнения профилактических работ определяется по формуле:

Где:

 - время проведения профилактических работ

- наработка на отказ

- интенсивность отказа изделия

Вывод: профилактические работы данного изделия следует производить раз в 9 месяцев.

2.7 Расчет комплекта запасных элементов

Исходные данные для расчета:

N₀=35000 комплектов однотипной РЭА предполагается экспортировать в течении t=1000 часов.

Каждый комплект аппаратуры содержит неремонтируемых элементов.

Вывод: элемент, который более всех подвергается отказу это микроконтроллер АТ90S2313-4SD.

3. Технологическая часть

.1 Виды технологических процессов

Технологические процесс (ТП) в зависимости от подробности из разработки, типизации, наличия оборудования и объёма выпуска изделий классифицируют на следующие виды: проектный, рабочий, единичный, типовой (на конструктивно подобные изделия. Например, ТП на изготовление печатных плат), групповой (на технологически подобные изделия для мелкосерийного, многономенклатурного производства), временный, стандартный, перспективный (для вновь разрабатываемых производств или модернизации старых предприятий), маршрутный, операционный, маршрутно-операционный.

Последние три определяют степень подробности разработки ТП.

Исходными данными для разработки технологических процессов являются:

·        конструкторская документация на изделие (сборочные чертежи, рабочие чертежи, электрические схемы, монтажные схемы);

·        технические требования на изделие, где указываются дополнительные требования к изделию. Например, необходимость защиты, виды испытаний;

·        спецификация на входящие в изделие компоненты;

·        объём выпуска продукции (N);

·        сроки выпуска (еженедельно, ежемесячно, ежеквартально);

·        наличие технологического оборудования, оснастки;

·        справочная, нормативная литература, программы.

3.2 Проектирование технологического процесса сборки прибора

Технологический процесс сборки - это часть производственного процесса, в результате которого непосредственным соединением деталей и других комплектующих элементов между собой создается изделие, обладающее конструктивными параметрами и свойствами, предусмотренными техническими условиями (ТУ).

В соответствии с ГОСТ 2.101 изделием называется любой предмет или набор предметов производства, подлежащий изготовлению на предприятии. Различают изделия основного производства, подлежащие реализации, вспомогательного производства - изготовленные для использования внутри предприятия, покупные - поступающие на предприятие в готовом виде.

Установлены следующие виды изделий.

Деталь - изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без применения сборочных операций (лепесток, кабельный наконечник, печатная плата, пластина трансформатора и т.д.).

Сборочная единица (узел) - изделие, составные части которого подлежат соединению между собой сборочными операциями на одном предприятии-изготовителе (печатная плата с радиокомпонентами).

Комплекс - два и более специфицированных изделий, не соединенные на предприятии-изготовителе сборочными операциями, но предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций.

Каждое из специфицированных изделий комплекса служит для выполнения определенных (одной или нескольких) функций, которые в совокупности определяют функционирование комплекса в целом.

Комплект - два или более изделия, не соединенные на предприятии-изготовителе сборочными операциями и представляющие набор изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера (комплекты измерительной аппаратуры, запасных частей, инструмента, принадлежностей и т.п.).

Кроме того, ГОСТ 2.101 предусматривает-деление изделий на не специфицированные (детали) и специфицированные (сборочные единицы, комплексы, комплекты), которые являются объектами сборочного производства.

Исходными данными для проектирования технологических процессов сборки изделий являются:

)        рабочие чертежи изделия, его узлов (сборочных единиц) и деталей;

2)      техническое описание изделия, определяющее его назначение;

)        ТУ на изделие и на его наиболее ответственные детали и узлы;

)        принципиальная электрическая схема изделия, его монтажные (полумонтажные) схемы, определяющие расположение

)        электрических элементов конструкции и монтажных проводов;

)        спецификации деталей и узлов с указанием их полного наименования и количества, необходимого для одной сборочной единицы;

)        программа выпуска изделий (месячная, годовая);

)        руководящие технические материалы (РТМ), отраслевые стандарты ОСТы, ГОСТы, производственные инструкции и заводские нормали.

Технологу, разрабатывающему технологический процесс монтажа, необходимо также использовать различный справочный материал, а также технологические рекомендации научно-исследовательских институтов и лабораторий, альбомы применяемого специализированного технологического оборудования, а также типовые технологические процессы.

Рабочие чертежи и другие технические документы, входящие в комплект конструкторской документации, должны содержать все данные, необходимые для изготовления, контроля и испытания изделия. Общие правила составления рабочих чертежей определяются ГОСТ 2.109.

Техническое описание (ТО) изделия - это документ содержащий описание: назначения изделия, принципов работы отдельных узлов и изделия в целом, электрической схемы, конструктивного оформления изделия и основные рекомендации по его сборке.

Технические условия - это документ, содержащий эксплуатационные характеристики изделия, методы контроля и испытания ответственных узлов и изделия в целом, условия эксплуатации, хранения и перевозки, порядок приемки.

Руководящие технические материалы - это нормативно-технические документы на рабочий и измерительный инструмент, нормативы материалов, нормативы по техническому нормированию, технические характеристики оборудования, типовые технологические процессы сборки и монтажа и т.д. Их рекомендации позволяют определить выбор структуры технологического процесса сборки, а также разработать производственные инструкции и заводские нормали на выполнение ответственных монтажно-сборочных и контрольных операций.

Оформление маршрутных карт, карт эскизов и схем, технологических инструкций, материальной ведомости и ведомости оснастки осуществляют по ГОСТ 3.1105, спецификации технологических документов - по ГОСТ 3.1106. Ряд ГОСТов устанавливает правила оформления операционных карт. Все указанные ГОСТы приводятся вг соответствующих сборниках единой системы технологической документации (ЕСТД), являющихся частью единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП).

При проектировании технологического процесса сборки необходимо:

)        определить сборочный состав изделия, обосновать выбранные организационные формы сборки, произвести различные расчеты, связанные с технико-экономическим обоснованием выбранного варианта технологического процесса сборки (расчеты режимов сборочных и других работ, размеров партий, ритмов, количества и загрузки рабочих мест, норм времени и выработки, расчеты, связанные с точностью сборочных работ, расходом материалов и т.д.);

2)      установить последовательность сборочных и контрольных операций;

)        установить необходимое количество технологического оснащения и оборудования;

)        оформить проект технологического процесса сборки в виде установленного комплекта технологических документов.

Изучение изделия и его сборочных соединений завершается расчетом размерных цепей (геометрический расчет сопрягаемых размеров собираемых деталей и их допусков), составлением технологической схемы и определением метода его сборки.

Размерной цепью называется совокупность расположенных в определенной последовательности по замкнутому контуру размеров, непосредственно влияющих на точность одного из размеров контура. Размерная цепь, с помощью которой обеспечивается точность при сборке изделия, называется сборочной технологической размерной цепью. Звенья размерной цепи представляют собой размеры, относящиеся к одной детали, либо размеры, связывающие оси или поверхности сопрягаемых деталей, и подразделяются на составляющие и замыкающие. К составляющим относятся звенья, от изменения размеров которых зависит размер замыкающего звена. Замыкающим называется звено, размер которого является результатом взаимоотношения размеров составляющих звеньев. Основным свойством размерной цепи является ее замкнутость. Если размерную цепь рассматривать последовательно, начиная от какого-либо ее звена к следующему, сопрягаемому с ним, эта цепь приведет к начальному звену.

Технологические схемы сборки разрабатываются на основании изучения чертежей узлов, общих видов, деталей прибора, кинематической и электрической схем прибора. При общей сборке прибора отдельные элементы предварительно соединяют в группы или блоки, из которых собирают изделие. Сборка группы является частью технологии сборки прибора.

3.3 Исходные данные

Исходными материалами, необходимыми для разработки технологического процесса сборки, являются:

1)      конструкторские документы на изделия (КД);

2)      технические условия (ТУ);

)        годовая программа выпуска или размер партии;

)        руководящий технический материал (РТМ).

Основным конструкторским документом для электромеханических конструкции является сборочный чертеж документ, содержащий изображение изделия и другие данные, необходимые для его сборки и контроля. Для электрических и электронных приборов в качестве основных конструкторских документов используют электромонтажные чертежи, чертежи печатных плат и различные электрические схемы. Кроме того, необходимо иметь спецификации, таблицы проводов и другие конструкторские документы, разъясняющие устройство приборов, особенности сборки, регулировки и контроля.

В технических условиях содержатся следующие данные: назначение изделия; условия эксплуатации; технические требования; контроль; параметры контроля, методы и средства контроля, условия годности, периодичность контроля; условия приемки; маркировка; упаковка; хранение: транспортировка; особенности выполнения отдельных сборочных операций.

Основными руководящими техническими материалами (РТМ) являются ГОСТы, ЕСКД, ЕСТД, ЕСДП и ЕСТПП, кроме того, сюда относятся стандарты и нормали на инструмент и приспособления, каталоги на оборудование, нормативы по режимам обработки и нормам времени, справочники по допускам и посадкам. К РТМ также относятся материалы, характеризующие технические и технологические возможности производства, на котором предполагается выпуск изделий.

3.4 Разработка системы контроля

Под системой контроля понимается комплекс организационных и технических мероприятий, исключающих выпуск изделий, не отвечающих требованиям технических условий.

Система контроля разрабатывается технологической службой на базе конструкторской документации, технических условий и технологического процесса сборки и согласовывается со службой технического контроля и представителями заказчика.

При этом устанавливаются параметры контроля, последовательность выполнения контрольных операций, средства контроля, виды контроля, методы и способы контроля, оформление документации технического контроля и др.

Существует два основных направления контроля.

Статистический контроль, фиксирующий качество выпускаемых изделий.

Профилактический контроль, направленный на предупреждение выпуска бракованной продукции.

Определить качество выпускаемой продукции можно проверкой линейных, электрических, физических параметров, а также специальных параметров, характеризующих точность и надежность работы приборов. Для этой цели при изготовлении приборов создается большой комплекс специальной контрольно-испытательной аппаратуры, которая используется не только в процессе производства, но и для регламентных проверок в процессе эксплуатации.

К проверкам, предупреждающим выпуск бракованной продукции, относятся;

)        Входной контроль деталей и других элементов, поступающих на сборку.

2)      Пооперационный контроль сборочной единицы, что дает возможность выявить стадии сборки, на которых образуется брак.

)        Контроль технологической оснастки на рабочих местах.

)        Контроль режимов выполнения операции, в том числе режимов естественных процессов.

)        Контроль за соблюдением технологической дисциплины.

)        Контроль конструкторской и технологической документации на соответствие ГОСТ, ЕСКД, ЕСТД, ЕСДО и ЕСТПП.

)        Контроль санитарного состояния производственных помещений, что очень важно при сборке приборов высокой точности.

)        Санитарный контроль персонала сборочных цехов.

Система государственных проверок средств измерений. Документация на процессы технического контроля регламентирована ГОСТ 3.1502-74. Она комплектуется по видам работ и прилагается к технологической документации как самостоятельный комплект.

3.5 Типизация технологических процессов (ТТП)

Под типизацией технологических процессов понимается создание единых типовых (нормализованных или стандартизованных) технологических процессов при сборке близких по конструктивным признакам и по технологическому маршруту сборки изделий. Наряду с сокращением сроков технологической подготовки производства внедрение типовых технологических процессов создает условия для нормализации и стандартизации методики проектирования технологических процессов и процессов сборки сходных по конструктивным и технологическим признакам изделий; внедрения прогрессивных методов и процессов сборки на базе достижений современной техники, технологии и опыта новаторов производства унификации оборудования; нормализации и стандартизации технологической оснастки - приспособлений и рабочего инструмента; перенесения опыта массового производства в серийное, в том числе применение подвижной формы сборки на конвейере; кооперирования в самых широких масштабах; улучшения качества и сокращения сроков подготовки кадров; лучших контактов в работе конструкторов и технологов на базе создания технологичных изделий, являющихся важнейшим фактором создания ТТП; разработки объективных показателей для оценки технологических процессов на различных предприятиях; развития технологии производства как науки.

По своим объективным показателям применение ТТП наиболее целесообразно для серийного производства, где достаточно устойчива номенклатура выпускаемых изделий, большое количество однотипных узлов и соответственно много повторяющихся по маршруту технологических процессов. Работа связанная с внедрением ТТП, состоит из двух основных этапов:

первый этап - классификация сборочных единиц;

второй этап - разработка ТТП и оформление документации.

Задачей первого этапа является выявление типа сборочных единиц и параллельно с этим дальнейшая унификация и нормализация конструктивных элементов изделия. Типом сборочных единиц называется перечень сборочных единиц, близких по конструктивным признакам и имеющих схожий технологический маршрут сборки. В состав одного типа не должно входить большое количество сборочный единиц, так как появятся сборочные единицы со значительными отклонениями признаков, а это повлечет за собой большую доработку документации и усложнит сборку реальных сборочных единиц. Выявление же типа по ограниченному количеству признаков приведет к чрезмерной детализации его, а это в свою очередь - к созданию большого количества технологической документации с незначительной разницей в ней. Основой классификации являются конструктивно-технологические признаки. Количество ступеней классификации зависит от сложности изделия и степени унификации узлов. Для сравнительно сложных изделий можно предложить четырехступенчатый классификатор, включающий классы, виды, группы, типы в зависимости от степени детализации при определении типа сборочной единицы типовой технологический процесс разрабатывается или по наиболее сложному реальному узлу, или по осредненному конструктивному варианту сборочной единицы.

Важным достоинством ТТП является то, что они позволяют использовать наиболее прогрессивную технику и технологические процессы, но их необходимо постоянно совершенствовать на базе новейших достижений техники и технологии с учетом передового опыта новаторов производства. В противном случае ТТП будут одерживать развитие производства с технической, технологической и экономической точек зрения.

3.6 Расчет норм времени

Составим таблицу расчета норм времени:

3.7 Расчет расхода материала

Для расчётов расхода материалов и норм времени составим таблицу радиоэлементов, подлежащих лужению и формовке.

3.8 Маршрут изготовления изделия