Автоматизация проектирования медицинской техники

где - интенсивность отказа всего изделия, 1/ч;t – время работы изделия, ч;б) интенсивность отказа изделия в определенный момент времени, при условии, что до того отказа не было, :Где - интенсивность отказа отдельного элемента, 1/ч;в) среднее время наработки на отказ Тср – время работы изделия до первого отказа,где - интенсивность отказа всего изделия, 1/ч;Инженерный расчет надежности на этапе проектирования позволяет определить уровень соответствия надежности разрабатываемого изделия заданным в ТЗ требованиям.Требования по надежности обычно задаются значением одного или нескольких показателей:средней наработки на отказ Тср;вероятности безотказной работы в течение заданного временикоэффициента готовности Кг.Расчет показателей надежности работы изделияAi=B1B2B3B4B5, где В1 – коэффициент, учитывающий влияние вибраций на ЭРЭ;В2 – коэффициент, учитывающий влияние ударов на ЭРЭ;В3 – коэффициент, учитывающий влияние влажности воздуха;В4 – коэффициент, учитывающий высоту над землей;В5 – коэффициент, учитывающий влияние температуры;Для стационарных условий эксплуатации значения коэффициентов:В1=1,04; В2=1,03; В3=1; В4=1.Значения коэффициента В5 для каждого элемента приведено в таблицеОпределение эксплуатационной интенсивности отказов элементов изделия λэi=λ0 iMi·Ai·Kнi,где i – порядковый номер типоэлемента в таблице 1;λ0i – интенсивность отказов данного типоэлемента, 1/ч;Мi – количество элементов данного типа, шт.;Аi – эксплуатационный коэффициент i – типа;Кн – коэффициент нагрузки. Рассчитаем коэффициент нагрузки элементов:Для транзисторов:Кн=Pc/Pн=40/200=0.2Для микросхемы 0.3 так как используется только треть всей микросхемы.Для трансформатора 0.4 так как трансформатор имеет неиспользуемые обмотки.Для резисторов Pc/Pн=0.1/0.25=0.45Для конденсаторов Uc/Uн=5/17=0.3Результаты в таблице нижеТаблица 5.1 – Расчет надежности устройства№НаименованиеизделияКол.элем. Mi,шт.Коэф. В5Инт-тьотк. эл. λoi*10-6, 1/чКоэф. на-грузкиКнЭкспл. коэф.АiЭкспл. инт-тьотказовλ эi*10-6, 1/чПечатная плата10,712,8Микросхема40,750,0130.30,80,135Конденсаторы керамические50,070,150,30,0750,058Резисторы80,230,030,450,250,089Операционные усилители20,10,90,40,10,036Пайка печатного контакта монтажа910,01113,91Провода и контактные соединения200,015110,3Определение суммарной эксплуатационной интенсивности отказов изделия., где n – количество типоэлементов в таблице 1. λ∑=7,5 · 10-6 , 1/ч Определение вероятности безотказной работы изделия.,где е=2,72 – основание натуральных логарифмов;t время работы изделия.Значение P(t) в различные моменты времени приведены в таблице ниже.Таблица 5.2 – Оценка времени безотказной работыМомент времени, ч500100050001000020000P(t) вероятность безотказной работы, 1/ч0.9980.9950,970,920,85Расчет наработки изделия до первого отказа= 5555.55542 (дней)где Тср – средняя наработка до первого отказа изделия.Вывод: в результате проведенного расчета изделие будет работать безотказно 10 лет.5.2 Расчет показателей технологичности изделияКоэффициент использования микросхем и микросборок в изделииKи.мс.=Нмс/ Нэрэ=0.05 где Нмс – общее количество микросхем в изделии, шт.;Нэрэ – общее количество ЭРЭ, шт.Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделийКа.м. = На.м. / Нм =1где На.м. – количество монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом, шт.;Нм – общее количество монтажных соединений, шт.Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажуКм.п.эрэ = Нм.п.эрэ / Нэрэ,=1где Нм.п.эрэ – количество ЭРЭ, подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированным способом, шт.Коэффициент повторяемости ЭРЭКпов.эрэ = 1 – Нт.эрэ / Нэрэ, =0.67 где Нт.эрэ – общее количество типоразмеров в изделии, шт.Коэффициент применяемости ЭРЭКп.эрэ = 1 – Нт.ор.эрэ / Нт.эрэ = 0.83 где Нт.ор.эрэ – количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии, шт.№Показатели технологичностиЗначениеКоэффициент γi1Kи.мс.0.0512Ка.м.113Км.п.эрэ10.754Кпов.эрэ0.670.3105Кп.эрэ0.830.187Основным показателем, используемым для оценки технологичности конструкции, является комплексный показатель технологичности конструкции изделия K = (K1*γ1 + K2*γ2 + …+ Kn*γn) / γ1 + γ2 +…+ γ =2.835/3.247=0.87где К – значение показателя, определяемого по таблице состава базовых показателей;γ - коэффициент, нормирующий весовую значимость показателя в зависимости от его порядкового номера в таблице;N – общее количество частных показателей;I – порядковый номер показателя в ранжированной последовательности;Уровень технологичности оценивается отношением полученного комплексного показателя к нормативному, которое должно удовлетворять условию( K / Kn ) >= 1( K / Kn ) = 5,8где К – полученный коэффициент;Кн– нормативный коэффициент технологичности.Исходя из полученных показателей технологичности выбран вариант техпроцесса для мелкосерийного производства, печатная плата производится негативным комбинированным методом.6. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ БЛОКАПри разработке конструкции тонометра решаются конструктивно-технологические вопросы: конструктивное исполнение деталей корпуса, выбор материалов, выбор способов крепеления, оптимальный способ монтажа платы внутри корпуса и т.д.Выбор материалов для деталей разрабатываемого изделия осуществляется исходя из типа производства (среднесерийного) и выбранного варианта конструкции. Материалы должны обладать следуюшими свойствами:иметь малую стоимость;легко обрабатываться;обладать достаточной прочностью и лёгкостью; внешний вил корпуса должен отвечать требованиям ТЗ; сохранять свои физико-химические свойства.Применение унифицированных материалов конструкций, ограничения номенклатуры применяемой детали позволяет уменьшить себестоимость разрабатываемого изделия, улучшить производственную и эксплуатационную технологичность.Согласно ГОСТ2.101-68 разобьем изделие на детали, сборочные единицы и узлы и построим схему сборочного состава с базовой деталью и приведем ее описание.К нулевому уровню сборки принадлежат все детали изделия:Основание Крышка НаклейкаВторой уровень сборки содержит сборочную единицу, полученную сборкой из деталей и покупных элементов:2- ФУ на ППЧтобы указать последовательность операций сборки, необходимо привести схему сборочного состава с базовой деталью. За базовый элемент принимаем основание, к которому крепятся все остальные детали и сборочные единицы. Разработанная схема сборки позволяет проанализировать технологический процесс с учетом технико- экономических показателей и выбрать оптимальный, а также облегать процесс нормировки времени выполнения операций и процесс описания маршрутных карт.7. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЗАЩИТЕ ИЗДЕЛИЯ ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙСовременная электроника становится более портативной и чрезвычайно сложной, чем когда либо. Плотность монтажа повышается, прочность компонентов снижается по причине их малогабаритности. В связи с этим остро встает вопрос по защите печатных узлов от таких загрязнений, как влага, сульфаты (сера), наслоения пыли и грязи. Без должной защиты чувствительные компоненты быстро коррозируют, что приводит к коротким замыканиям, ухудшениям рабочих параметров и поломке устройств.В Приложении 1. представлены различные типы защитных покрытий печатной платы с анализом их положительных и отрицательных сторон.Защитная маска из эпоксидной смолы наносится на поверхность платы таким образом, чтобы открытыми были только контактные площадки проводников, которые обслуживаются припоем ПОС-60 при выполнении монтажных операций.Проводники, защищенные эпоксидным покрытием, облуживанию не подвергаются и этим достигается значительная экономия оловянного сплава. Эпоксидная защитная масса наносится также способом трафаретной печати. Пробивка отверстий обычно производится штамповкой с помощью кривошипных прессов.Защита контактных площадок от пассивирования достигается путем нанесения на них через сетчатый трафарет маски состава (масс, доли %):канифоль — 100;этиловый спирт — 35;вазелин медицинский — 35.Пассивирование производится погружением плат на 2-5 св раствор следующего состава (г/л):двухромовокислый натрий 200—250;медный купорос 1—2;сернокислый цинк 1—5;серная кислота аккумуляторная 9—11;хлористый натрий 1—2;Защитная маска на контактных площадках служит затем флюсом при пайке на волне припоя.Главным преимуществом данного метода является исключение из технологии операции нанесения маски из эпоксидной смолы, представляющей большую профессиональную вредность.ЗАКЛЮЧЕНИЕРезультатом курсового проекта является разработка платы автоматического тонометра. Отличительными чертами, разработанной системы являются: возможность и настройки, универсальность и хорошая масштабируемость, низкая, в сравнение с другими системами стоимость. Разработанное устройство полностью удовлетворяет всем требованиям технического задания.В работе была исследована литература по САПР OrCAD и созданию печатных плат, нормативные документы по данной теме, изучено и проанализировано техническое задание на изделие, рассмотрено устройство и его применение, произведена характеристика электрической принципиальной схемы, выбран тип конструкции блока, компоновочной структуры ячеек и конструкции ПП, определен класс точности, метод и материалы изготовления. В расчетной части были выбраны габариты, определено число слоев и толщина печатной платы и произведен расчет элементов проводящего рисунка. В графической части были выполнены чертежи электрической принципиальной схемы, компоновки библиотечных компонентов и трассировки. Цель курсового проекта достигнута.СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫЦифровые интегральные микросхемы: Справочник / П. П. Мальцев и др. – М.: Радио и связь, 1994. –240 с.Шахунянц Т.Г. Автоматизированное проектирование печатных плат в среде ALTIUM DESIGNER 2014. Учебное пособие. – М.: МГУПС (МИИТ), 2015. Шахунянц Т.Г., Родионов Д.В., Коробков С.В., Мосин Н.Г. Автоматизированное проектирование печатных плат в среде OrCad 16.5: Учебное пособие. - М.: МИИТ, 2013 Шахунянц Т.Г., Родионов Д.В. Создание библиотечных элементов для автоматизированного проектирования печатных плат в среде OrCAD 16.5: Методические указания. – М.: МИИТ, 2014Единый справочник "Надёжность радиоизделий", том 1 "Изделия электронной техники" , 1992 .В. Б. Стешенко. P-CAD. Технология проектирования печатных плат СПб.: БХВ-Петербург, 2003 720 c. ил.Пирогова Е.В. Проектирование и технология печатных плат : Учебник –М:форум ИНФА-М, 2005.Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: учебник для вузов. Под общей ред. В.А. Шахнова М.: Издательство МГТУ им.ж Н.Э. Баумана, 2005.Медведев А.М. Сборка и монтаж электронных устройств М.: Техносфера, 2007.Медведев А.М. Печатные платы Конструкции и материалы : М.: Техносфера, 2005.Медведев А.М. технология производства печатных плат: М: Техносфера, 2005.Грачев А.А Мельник А.А. Панов Л.И. Конструирование электронной аппаратуры на основе поверхностного монтажа компонентов. – М.: НТ Пресс, 2006.Приложение 1. Сравнение защитных покрытий