Дистанционный комплекс контроля функционального состояния (стр. 7 из 15)
В результате сопоставления условий эксплуатации разрабатываемого устройства и условий эксплуатации применяемых в нем ЭРЭ произведен выбор элементной базы. Выбранная элементная база является унифицированной.
4.2 Выбор и обоснование компоновочных схем, методов и принципов конструирования
Основная задача решаемая при компоновке РЭА – это выбор форм, основных геометрических размеров, ориентировочное определение веса изделия и месторасположения в пространстве радиоэлементов и элементов несущих конструкций. При компоновке изделия необходимо учитывать электрические, магнитные, механические, тепловые и другие виды связей. Учет видов связей и оптимальное расположение радиоэлементов в конструкции позволяют обеспечить надежную работу устройства в целом при высокой его ремонтопригодности.
Под компоновкой понимается процесс размещения комплектующих модулей. ЭРЭ и деталей РЭА на плоскости или в пространстве с определением основных геометрических форм и размеров. В зависимости от уровней модульности различают несколько уровней компоновки аппаратуры: микросхем и ЭРЭ на плате, ячеек в блоке и т.д. Процесс компоновки завершается получением компоновочного эскиза.
Компоновочные решения должны удовлетворять требованиям:
- между отдельными узлами, приборами и блоками должны отсутствовать заметные паразитные электрические и магнитные взаимности, влияющие на технические характеристики изделия; тепловые и механические влияния элементов конструкции не должны значительно ухудшать их технические характеристики;
- взаимное расположение элементов конструкции должно обеспечивать технологичность сборки и монтажа с учетом использования автоматов и полуавтоматов, легкий доступ к деталям для контроля, ремонта и обслуживания;
- расположение и конструкции органов управления и отсчетных устройств должны обеспечивать максимальные удобства оператора;
- изделие должно удовлетворять требованиям технической эстетики;
- габариты и масса изделия должны быть минимальными.
Однако следует отметить, что габариты и масса 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, умещающихся в единицу объема.
Удовлетворить одновременно всем перечисленным требованиям в большинстве случаев не удается. Поэтому процесс компоновки, как и всякий процесс конструирования, сводится к нахождению оптимального решения.
Высокая сложность разрабатываемой в настоящее время РЭА, построенной с применением различного типа микросхем, микросборок и других современных ЭРЭ, вызвала необходимость поиска таких конструкций и компоновочных решений, которые позволили бы удовлетворять следующим требованиям:
- высокая степень микро миниатюризации аппаратуры в целом;
- широкая унификация элементов конструкции;
- возможность параллельной сборки и регулировки составных частей РЭА;
- обеспечение высокой эксплуатационной надежности аппаратуры многоразового действия за счет быстрой замены вышедших из строя составных частей;
- возможность проведения модернизации отдельных частей при сохранении неизменными других.
Указанные требования в значительной степени удается выполнить, применяя функционально-модульный метод конструирования в сочетании с упорядоченной структурой деления аппаратуры на составные части.
4.3 Компоновочный расчет устройства сопряжения
Блок сопряжения с ЭВМ является определяющей конструкцией проектируемого электрического кардиографа. От правильного его функционирования зависит работа остальных частей.
Все этапы создания электрического кардиографа проводятся с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) P-CAD, программы схемотехнического моделирования PC-Spice и пакета машинной графики AutoCAD. Исключением не является и компоновка. Все вышеупомянутые требования и рекомендации необходимы только для правильного описания стратегии работы составных частей САПР P-CAD (PC-Place, PC-Route). Процесс трассировки печатной платы полностью автоматизирован. Необходимо только «подсказывать» САПР как надо разместить некоторые элементы с учетом конкретных требований.
Преимущества такого решения задачи очевидны: возрастает вероятность нахождения оптимального решения; снижается вероятность появления ошибок соединения печатной платы; происходит экономия материальных и людских ресурсов; появляется возможность оперативного вмешательств в процесс изготовления печатной платы при изменяющейся номенклатуре ЭРЭ, а также в ходе модернизации схемы; значительно сокращаются сроки разработки и суммарная себестоимость конструкторских работ. Одним из основных достоинств данного подхода к конструированию является то, что существует возможность получить на выходе готовые программы управления станками сверления с числовым программным управлением (ЧПУ), фотоплоттером и оборудованием для установки компонентов.
Полученные результаты анализируются с помощью математических расчетов на следующих этапах конструирования. При необходимости в рисунок печатной платы, а также в расположение элементов вносятся соответствующие коррективы и процесс трассировки повторяется.
Исходными данными для расчета являются перечень элементов схемы электрической принципиальной, необходимые типоразмеры и установочные размеры ЭРЭ: установочный объем Vуст., установочная площадь Sуст представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Исходные данные для компоновочного расчета
| Вид элемента и основная характеристика | Тип, типономинал | Установочный объем, см3 | Масса, не более, г |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Диоды | КД521А | 0.46 | 0.31 |
| Конденсаторы0.1мкФ…100пФ0.047мкФ…3.3мкФ | К10-17К73-17 | 0.330.41 | 0.500.60 |
| МикросхемыКорпус 201.14-1Корпус 2136.64-1 | К1533К1107ПВ2 | 0.801.1 | 1.5015 |
| Резисторы | С2-23СП3-19 | 0.250.95 | 0.801.8 |
| Оптопары | АОТ123Б | 0.4 | 1.7 |
| Разъем | ДБ25МДБ45М | 3.25.2 | 3.55 |
| Транзисторы | КТ315 | 0.55 | 1.00 |
Определяем суммарный объем, занимаемый ЭРЭ, он равен 40.22 см3. Из конструктивных соображений выбираем коэффициент заполнения объема корпуса блока сопряжения равным Кз=0.4.
Ориентировочно определяем реальный размер Vреал разрабатываемой конструкции по формуле:
, (4.1),где VS =40.22 см3 – суммарный объем, занимаемый ЭРЭ.
Тогда имеем:
.Габаритные размеры блока равны следующим:
Длина –228 мм;
Ширина – 110 мм;
Высота – 28 мм.
Масса готового изделия с учетом всех составляющих прибора элементов (включая печатную плату и корпус) не превышает 0.4кг.
4.4 Расчет показателей надежности устройства сопряжения
Проблема обеспечения надежности связана со всеми этапами создания изделия и всем периодом его практического использования. Надежность изделия в основном закладывается в процессе его конструирования и обеспечивается в процессе его изготовления путем правильного выбора технологии производства, контроля качества исходных материалов, полуфабрикатов и готовой продукции, контроля режимов и условий изготовления. Надежность обеспечивается применением правильных способов хранения изделия и поддерживается правильной эксплуатацией, планомерным уходом, профилактическим контролем и ремонтом. В зависимости от назначения объекта и условий его эксплуатации, надежность может включать безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость. Применительно к разрабатываемому устройству наиболее часто употребляются следующие показатели надежности:
- вероятность безотказной работы
- вероятность того, что в пределах заданной наработки отказ объекта не возникнет;- средняя наработка на отказ
- отношение суммарной наработки объекта к математическому ожиданию числа отказов в течение этой наработки- заданная наработка
(заданное время безотказной работы) - наработка, в течение которой объект должен безотказно работать для выполнения своих функций;- интенсивность отказов
- вероятность отказов неремонтируемого изделия в единицу времени после заданного момента времени при условии, что до этого отказ не возникал. Другими словами - это число отказов в единицу времени отнесенное к среднему числу элементов, исправно работающих в данный момент времени.Оперируя этими понятиями можно судить о надежностных характеристиках изделия. Итак, произведем расчет надежности, приняв следующие допущения:
- отказы случайны и независимы;
- учитываются только внезапные отказы;
- имеет место экспоненциальный закон надежности.
Последнее допущение основано на том, что для аппаратуры, в которой имеют место только случайные отказы, действует экспоненциальный закон распределения - закон Пуассона - и вероятность работы в течение времени
равна: 
. (4.2)Учитывая то что с точки зрения надежности все основные функциональные узлы и элементы в изделии соединены последовательно и значения их надежностей не зависят друг от друга, т.е. выход из строя одного элемента не меняет надежности другого и приводит к внезапному отказу изделия, то надежность изделия в целом определяется как произведение значений надежности для отдельных
элементов: