_Тип

_y,мм

_y1,мм

_b,мм

_h,мм

_L,мм

_H,мм

_{Средняя длина пути магн. линии}

_Ш

₉

_{9; 12}

₉

_22,5

₃₆

_31,5

_7,72

₁₂

_{10; 12; 16; 20; 25; 32}

₁₂

₃₀

₄₈

₄₂

₁₀

₁₆

_{10; 12; 16; 20; 25; 32; 40}

₁₆

₄₀

₆₄

₅₆

_13,7

₂₀

_Тип

_y,мм

_y1,мм

_b,мм

_h,мм

_L,мм

_{H, мм}

_{Средняя длина пути магн. линии, см}

_ШЛ

₄

_{4; 5; 6,5; 8}

₄

₁₀

₁₆

₁₄

_3,4

₅

_{5; 6,5; 8; 10}

₅

₁₂

₂₀

₁₇

_4,2

₆

_{6,5; 8; 10; 12,5}

₆

₁₅

₂₄

₂₁

_5,1

₈

_{8; 10; 12,5; 16}

₈

₂₀

₃₂

₂₈

_6,8

₁₀

_{10; 12,5; 16; 20}

₁₀

₂₅

₄₀

₃₅

_8,5

₁₂

_{12,5; 16; 20; 25}

₁₂

₃₀

₄₈

₄₂

_10,2

Для маломощных трансформаторов рекомендуются броневые магнитопроводы, позволяющие изготовить трансформаторы меньших размеров и меньшей стоимости. Для выбранного магнитопровода должно выполняться условие:

(3.17)

Отношение y₁/y не должно превышать 2..2,5. В противном случае необходимо выбрать пластины большего размера. Для кольцевых магнитопроводов должно выполняться условие:

(3.18)

Где D,d,b – размеры магнитопровода. (см. таблицу. 3.7)

Таблица 3.7 - Размеры нормализованных ленточных кольцевых магнитопроводов.

d,мм	D,мм	b,мм	Средняя длина пути магнитной линии, см	d,мм	D,мм	b,мм	Средняя длина пути магнитной линии, см
10	16	4; 5; 6,5; 8	4	32	50	16; 20; 25; 32	12,8
12	20	5; 6,5; 8; 10	5	40	64	20; 25; 32; 40	16,3
16	26	6,5; 8; 10; 12,5	6,5	50	80	25; 32; 40; 50	20,4
20	32	8; 10; 12,5; 16	8,1	64	100	32; 40; 50; 64	25,8
25	40	10; 12,5; 16; 20; 25	10,2	80	128	40; 50; 64; 80	32,6

Выбранные параметры магнитопровода приведены в таблице 3.8

Таблица 3.8 - Выбранные параметры магнитопровода

Ш-образный броневой магнитопровод. Типоразмер: Ш12х10
Параметр	Значение
H	42 мм
h	30 мм
L	48 мм
b	12 мм
y	12 мм
y1	10 мм

Определяем количество витков провода для каждой из обмоток:

(3.19)

где U_i – напряжение на i-ой обмотке, В; f - частота, Гц; B_m – амплитуда магнитной индукции, Т; S_м-площадь, см²; Число витков вторичных обмоток следует увеличить на 2..5%, чтобы учесть внутреннее падение напряжения. Наибольшее значение относится к трансформаторам с мощностью до 10 В*А, наименьшее – к трансформаторам с номинальной мощностью не менее 200 В*А.

Рассчитаем площадь сечения магнитопровода Ш-образной конструкции:

Расчитываем количество витков каждой обмотки по формуле (3.19)

Определяем диаметры проводов обмоток по формуле:

(3.20)

где I_i – ток i-ой обмотки, А; j – плотность тока, А/мм²; Ток в первичной обмотке примерно равен 1,1 P_ном/U₁

Из (3.19) находим:

Проверка правильности компоновки трансформатора производится путём определения числа витков в слое цилиндрической обмотки:

(3.21)

где h – высота окна, мм; d_к – толщина материала каркаса, мм; d_из – диаметр провода, мм, с изоляцией;

Число слоёв обмотки N_сл = w/w_сл, где w – число витков обмотки. Толщина обмотки d_об = N_{сл *}(d_из+d_из), где d_из – толщина изоляции между слоями. Должно выполняться условие:

(3.22)

где åd_об – суммарная толщина всех обмоток; d_пр – суммарная толщина всех прокладок между обмотками.; b – ширина окна. Если это условие не выполняется следует увеличить размер магнитопровода.

Определим значения резисторов на делителе R1-R2, задающем выходное напряжение на микросхеме DD1. Номиналы резисторов R1, R2 выбираются из выражения:

(3.23)

При этом ток делителя должен быть более чем 1,5 мА.

Требуемое выходное напряжение 2.5В, следовательно:

(3.24)

причём:

(3.25)

откуда:

Зададимся R1=100 Ом, тогда из (3.24, 3.25) найдём R2:

4 РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

4.1 Конструкторско-технологический расчёт печатных плат

Конструктивно-технологический расчет печатных плат проводится с учетом производственных погрешностей рисунка проводящих элементов, фотошаблона, базирования, сверления и т.п. За основу принимаем параметры плат третьего класса точности, как наиболее оптимальный вариант по технологичности и простоте изготовления. Платы данного класса точности так же являются наиболее распространенными в области микроэлектроники.

Граничные значения основных параметров печатного монтажа, которые могут быть обеспечены при конструировании и производстве для третьего класса точности приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Номинальные значения размеров основных параметров элементов конструкции печатных плат для узкого места

Наименование элемента	Условное обозначение	Размеры, мм
Ширина проводника		0.25
Расстояние между проводниками		0.25
Гарантированный поясок наружного слоя		0.1
Гарантированный поясок внутреннего слоя		0.05
Отношение диаметра отверстия к толщине Платы		0.33

Элементы, которые содержит разрабатываемый печатный узел, приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Габаритные размеры элементов

Общая площадь, занимаемая компонентами с учетом припусков вокруг каждого элемента, обусловленных шириной контактных площадок, равна 5752,95мм². Коэффициент заполнения платы не имеет существенного значения, т.к. разрабатываемое устройство является стационарным. Ориентировочный коэффициент заполнения 0.6. При этом площадь платы будет составлять 9588,25. При проектировании печатного узла одним из наиболее важных критериев оптимизации является правильная компоновка, т.е. максимальное использование площади печатной платы при минимально возможных ее размерах. В соответствии со стандартом МЭК 297-3 выбираем из предложенных типоразмеров размер печатной платы: 100 x 160 мм.

Таблица 4.3 Основные размеры печатных плат по стандарту МЭК 297-3

Высота Н, мм		Ширина
Ряд 1	Ряд 2	В, мм
55,55	67,31	100; 160; 220; 280
100,00	111,76	100; 160; 220; 280
144,45	156,20	100; 160; 220; 280
188,90	200,70	100; 160; 220; 280
233,35	245,10	100; 160; 220; 280
277,80	289,55	100; 160; 220; 280
322,25	334,00	100; 160; 220; 280
366,70	378,45	100; 160; 220; 280
411,15	422,90	100; 160; 220; 280
455,60	467,35	100; 160; 220; 280
500,05	511,80	100; 160; 220; 280

При выборе типоразмера учитывались прежде всего функциональные требования, выражающие плотность компоновки. Математическое представление оптимизации представляет собой коэффициент заполнения платы, который равен отношению площади, занятой элементами к общей площади печатной платы.

Произведем расчет параметров нашей печатной платы.

Номинальные значения диаметра монтажного отверстия:

(4.1)

где d_Э – максимальное значение диаметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на плату;

r – разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным диаметром вывода элемента;

d_Н.О. – нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.

d=0,6+0,1+0,2=0,9 (мм)

Минимальный диаметр контактной площадки вокруг монтажного отверстия:

(4.2)

где d_ВО – верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

t_ВО – верхнее предельное отклонение ширины проводника;

t_НО – нижнее предельное отклонение ширины проводника;

b_Н – гарантированный поясок контактной площадки;

d_ТР – допуск на подтравливание отверстия;

d – допуск на расположение отверстия;

p – допуск на расположение контактной площадки.

D=(0,9+0,05)+2*0,1+0,1+2*0,035+(0,08²+0,3²+0,08²)^0,5=0,64 (мм)

Минимальный диаметр переходного отверстия:

(4.3)

где j – коэффициент = 0,33

h_ПП – толщина печатной платы.

d_П0,33*20,66 (мм)

Номинальное значение ширины проводника:

(4.4)

где t_ТД – минимально допустимое значение ширины проводника.

t_П=0,17+0,08=0,25 (мм)

Номинальное значение расстояния между соседними элементами проводящего рисунка:

(4.5)

где S_ТД – минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка.

S=0,15+0,1=0,25 (мм)

Минимальное расстояние для прокладки n-го количества проводников между двумя отверстиями с контактными площадками с диаметрами D:

(4.6)

где n – количество проводников;

l – допуск.

l=(1,64+1,64)/2+0,25*1+0,25*(1+1)+0,05=2,44 (мм)

т.е. между двумя контактными площадками можно провести максимум только один проводник.

Сопротивление самого длинного из возможных проводников:

(4.7)

где h_ФС – толщина фольгированного слоя.

R=(1,72*10^-8*0,34)/(0,25*10^-3*35*10^-8)=0,55 (Ом)

Допустимый ток в печатном проводнике:

(4.8)

где - допустимая плотность тока.

I_MAX=20*0,25*0,035=0,175 (А)

Падение напряжения на самом возможно длинном печатном проводнике:

(4.9)

U=0,0172*20*0,34=0,116 (В)

Требуемое сечение печатного проводника шины питания и ‘земли’:

(4.10)

где I_П – ток, протекающий через проводник и равный сумме токов всех элементов. В таблице 3 приведены токи потребляемые микросхемами. Просуммируем их и умножим на коэффициент запаса, который учитывает токи утечек и токи, потребляемые пассивными элементами и транзисторами. Поэтому примем коэффициент запаса равным 40.

S_ПЗ0,0172*0,34*0.17/(0,015*5)*40=0,2 (мм)

Принимаем ширину шины питания 1 мм.

Используя полученные данные можно приступать к трассировке платы системы управления.

Таблица 4.4 - Электрические параметры микросхем

Микросхема	Потребляемый ток, мА
КР1816ВЕ51	150
КР572ПВ4	3
КР1008ВИ1	6
ЖК –модуль	10
Сумма	170

При трассировке печатной платы блока питания устройства, необходимо подсчитать ширину трассы для каждого вида нагрузки. Блок питания, содержит в себе источник опорного напряжения 2,5 В, ток потребления не более 1-3 мА, питание системуы управления +5В на ток не более 170мА, и питание шагового двигателя напряжением +12В с током потребления не более 2А.

Из вышесказанного следует что по формуле (4.10) определяем требуемую ширину трасс питания для каждого из оставшихся двух потребителей:

S_ПЗ0,0172*0,34*0.003/(0,015*5)*40=0,001 (мм)

S_ПЗ0,0172*0,34*2/(0,015*5)*40=1,7(мм)

Таблица 4.5 - Площади элементов блока питания

Принимаем толщину проводников для 2.5В и 5 В равную 1мм, а для питания шагового двигателя и других исполнительных устройств – 2мм. Коэффициент заполнения печатной платы блока питания можно довести до значения 0.9, т.к блок питания имеет в своём составе достаточно крупногабаритные элементы. Таким образом площадь трасс незначительна по сравнению с площадью элементов. Для удобства дальнейшей компоновки плат в корпусе выберем габариты печатной платы блока питания 100х160мм.

4.2 Особенности назначения применяемых пакетов САПР

Фирмой ACCEL выпускается два варианта системы PCAD 8.5: Master Design и Associate Design. Большими возможностями обладает вариант Master Design.

Система поддерживает широкий набор графических дисплеев, плоттеров, манипуляторов и цифровых планшетов различных типов.

Система PCAD позволяет выполнять следующие проектные операции: создание символов элементов принципиальной электрической схемы и корпусов; графический ввод принципиальной электрической схемы и конструктивов плат проектируемого устройства; ручную и автоматическую трассировку печатных проводников произвольной ширины; автоматизированный контроль результатов проектирования ПП на соответствие принципиальной электрической схеме.

Программный комплекс PCAD включает в себя взаимосвязанные пакеты программ, образующих систему сквозного проектирования ПП электронной аппаратуры. В ее состав входят следующие программы:

-Schematic Editor – графический ввод и редактирование принципиальной электрической схемы;

-Symbol Editor – графический ввод и редактирование символов радиоэлектронных компонентов на принципиальных схемах;

-PCB Editor – графический ввод и редактирование конструктивов ПП, автоматическое или ручное размещение компонентов на плате;

-Part Editor – графический ввод и редактирование корпусов компонентов РЭА и стеков контактных площадок.

Графический редактор принципиальных схем и символов компонентов имеет два режима: Schematic Editor и Symbol Editor. После загрузки графического редактора экран дисплея форматируется и разбивается на несколько зон. Зона меню подкоманд, предназначенная для команд графического редактора, расположена справа от окна и внизу под ним. Команды выбираются щелчком левой кнопки мыши. Расположенные справа команды имеют подкоманды, список которых выводится на экран после выбора основной команды.

Построение чертежа выполняется с помощью манипулятора мышь, перемещаемого по горизонтальной поверхности рабочего стола, при этом на экране дисплея синхронно перемещается курсор в виде креста. Координатная сетка на экране упрощает процесс построения чертежа и повышает точность позиционирования. Шаг координатной сетки по осям X и Y показан в поле Grd. Текущие координаты указываются в поле XY.

В схемном графическом редакторе полная информация о чертеже заносится в 18 слоев, устанавливаемых по умолчанию. На каждой фазе работы с графическим редактором необходима не вся имеющаяся информация, поэтому часть слоев делают невидимыми. Информация о слоях выводится по команде View Layer. Всего слоев поддерживается до 100. Слои могут быть окрашены в любой из 16 цветов. Каждый слой имеет одно из трех состояний: OFF – слой невидим и недоступен, ON – слой видим но недоступен, ABL – слой видим и может стать активным.

Также отличительной особенностью PCAD является использование атрибутов. Атрибуты состоят из двух частей: ключевого слоя и значения, разделенных знаком равенства “=”. Ключевое слово должно начинаться с буквы и иметь длину до 23 символов. Значение атрибута представляет собой последовательность чисел или текстовых переменных, разделенных запятыми. После вода атрибута ключевое слово и знак равенства становятся невидимыми на экране.

При использовании атрибутов можно значительно облегчить работу со схемой. В частности можно использовать автоматическое создание корпусов компонентов, автоматическое присвоение имени цепи и др.

При создании символов УГО элементов дискретного типа есть своя специфика, которую следует помнить.

Для дискретных компонентов не должны присутствовать имена и номера выводов на схеме. Имя дискретного компонента не слое DEVICE не наносится. Номера выводов по команде Enter/Packing Data наносят на слое ATTR2, который в дальнейшей работе выключают.

Для резисторов дополнительно следует указать атрибут RVALUE=<номинал>. Он необходим для диагностики ошибок, связанных с отсутствием резистора в цепях для микросхем с открытым коллектором.

Для дискретных компонентов целесообразно создавать два УГО: для вертикального и горизонтального расположения на схеме.

Замечательной особенностью системы PCAD является возможность определения стратегии трассировки, что позволяет в значительной степени повысить эффективность автоматической трассировки и сделать её индивидуальной для каждого конкретного разрабатываемого устройства.

Для трассировки печатной платы системы управления применены следующие основные параметры с учётом требований к 3-му классу точности:

• ширина основной трассы 0,25мм

• ширина шины питания 1мм

• трассировка производится по сетке 2.5мм

• расстояние между трассами не менее 0.25мм

• расстояние между отверстиями не менее 2,5мм (кроме крепления разъёмов)

• Трассировка в двух слоях в перпендикулярных направлениях

• Разрешено скругление углов и диагональная трассировка.

• Стратегия – Steiner

Для платы блока питания установлены следующие параметры:

• ширина основной трассы 1мм

• ширина шины питания исполнительных устройств2мм

• трассировка производится по сетке 1,25мм

• расстояние между трассами не менее 0.25мм

• расстояние между отверстиями не менее 2,5мм (кроме крепления разъёмов)

• Трассировка в двух слоях; приемущественные направления не определены.

• Разрешено скругление углов и диагональная трассировка.

- Стратегия – Steiner

Для редактирования чертежей будет использован пакет AutoCAD.

Команды AutoCAD могут выбираться из меню с помощью кнопок панелей управления, а так же набираться с клавиатуры в текстовом окне. Независимо от способа набора команды для ее повторения необходимо нажать клавишу Enter. AutoCAD хранит чертежи в файлах с расширением “.dwg”. Кроме чертежа этот файл содержит ряд параметров. При создании нового чертежа эти параметры устанавливаются по умолчанию, либо берутся из чертежа прототипа.

В AutoCAD имеется возможность определения формата и точности представления чисел. Ввод координат с клавиатуры возможен в абсолютных и относительных координатах. Относительные координаты задают смещение относительно последней введенной точки. Для удобства работы можно определить пользовательскую систему координат, которая может быть смещена относительно мировой и повернута под любым углом.

Чертежи в AutoCAD создаются в примитивах, над которыми понимают элементы чертежа, которые обрабатывают как единое целое, а не как совокупность точек и объектов. Система позволяет ставить линейные, угловые, диаметральные, радиальные и координатные размеры. Составные элементы размера: размерная линия, выносная линия и размерный текст. Имеется возможность ввода своего значения. Все линии, стрелки, элементы текста рассматриваются как один примитив.

Как и система PCAD система AutoCAD поддерживает слойность чертежа. Слои обладают свойствами сходными со слоями PCAD, что дает возможность редактировать чертежи созданные PCAD-ом. Слои в AutoCAD могут содержать имя слоя, состоящее из символов и цифр-букв, они могут переходить из включенного состояния в выключенное и наоборот. На каждом слое можно задавать свой цвет и тип линии, что помогает при создании и редактировании чертежей.

Одной из особенностей AutoCAD, является то, что он поддерживает специфический язык программирования Lisp. Этот язык ориентирован на обработку списков. Применение этого языка в AutoCAD дает ему широкие возможности.

5 Разработка алгоритма программы

В данной системе на программную часть, которая является важнейшей, и которая во многом определяет эффективность работы устройства, возложено множество функций, которые порой можно реализовать при помощи дополнительных электронных блоков. Например для генерации управляющих последовательностей сигналов на шаговый двигатель можно применять специализированные микросхемы. Однако, как мне кажется, в случае если в систему включён двигатель небольшой мощности, и не требующий большого количества управляющих входов, функцию генерации последовательностей управления можно возложить на микроконтроллер. Таким образом на программу возложены функции управления исполнительными устройствами, включая генерацию последовательностей управляющих сигналов; вывода на ЖК-модуль информации, опрос клавиатуры, опрос АЦП и получения данных с датчиков.

Программа должна состоять из следующих шагов:

1. Начальные установки после включения питания.

2. Опрос датчиков с целью получения информации о состоянии системы (уровень воды в бассейне, температура)

3. Запрос на установку исходных параметров комплекса. (Установка параметров производится при помощи меню с изменением опций)

4. После окончания установки исходных данных, и выбора в меню пункта запуска системы, приступить к установке комплекса в начальные условия (наполнение бассейна водой, контроль температуры)

5. Запуск системы на выполнение процедуры. (установка нагрузки; изменение нагрузки, постоянная нагрузка и другие режимы; возможен параллельно режим поддержания постоянной температуры в бассейне)

6. Снятие нагрузки, возврат к пункту 1.

Каждый пункт необходимо сопровождать выводом данных о текущем состоянии системы. В таблице 5.1 приведен список портов и назначение каждого разряда по схеме.

Таблица 5.1 - Назначение разрядов портов по схеме.

Данная система управления отличается тем, что её функционирование во многом зависит от программы, что даёт возможность быстрого расширения и усовершенствования выполняемых на базе этого устройства функций.

6 Охрана труда и экологическая безопасность

Обеспечение эргономичности программируемого таймера для установки подводного вытяжения позвоночника.

Эффективность системы «человек-машина» (СЧМ) определяется тем, насколько такая система соответствует эргономическим требованиям.

Эргономические требования к СЧМ отражают весь комплекс взаимосвязей и взаимозависимостей компонентов системы и имеют достаточно сложную структуру. Эргономические показатели программируемого таймера включают в себя следующие требования:к алгоритму деятельности человека-оператора; к средствам отображения информации; к органам управления; к средствам обеспечения безопасности и другому оборудованию на рабочем месте; к габаритным размерам рабочего места; к размещению средств отображения информации и органов управления; к физическим факторам; к биологическим факторам [6].

Рабочим местом оператора СЧМ называется некоторое пространство, с расположенными в нем средствами отображения информации, органами управления и вспомогательным оборудованием, где осуществляется трудовая деятельность человека-оператора.

Рабочая среда данного пространства представляет собой совокупность физических, химических, биологических, информационных, социально-психологических и эстетических факторов внешней среды, воздействующей на оператора. Для оценки качества рабочей среды существует система показателей, характеризующих состояние каждого фактора. Эта система включает оптимальный (допустимый) уровень того или иного фактора, фактическую его величину, определяемую с помощью инструментальных методов исследования или экспертным путем, а также степень отклонения фактической величины от оптимального уровня, которая выражается в баллах.

Предложена четырех бальная система оценок факторов рабочей среды: 0, 1, 2, 3.

Баллом «0» оцениваются факторы, которые не превышают нормативных или предельно допустимых значений. Если на рабочем месте все факторы оценены баллом «0», то на нем сформирована комфортная рабочая среда.

Баллом «1» оцениваются факторы рабочей среды, величина которых несколько превышает допустимые (оптимальные) уровни. Наличие факторов в рабочей зоне, оцененных баллом «1», характеризует рабочую среду как относительно дискомфортную.

Баллом «2» оцениваются факторы, формирующие тяжелые, вредные или напряженные условия труда, т.е. экстремальную рабочую среду.

Баллом «3» оцениваются факторы, формирующие очень тяжелые, очень вредные или очень напряженные условия труда, т.е. сверхэкстремальную рабочую среду [8].

Задачей в инженерной психологии и технической эстетики в приборостроении является изучение особенностей работы человека-оператора при обслуживании РЭС, раскрытие средних способностей нормальной деятельности оператора при управлении, установление разумных пределов быстроты реакции оператора, выработка требований, способствующих созданию рационального конструкторского решения и оптимальных условий окружающей среды, а также качественное оформление приборов.

Качество внешнего оформления прибора зависит от того, насколько удачно средства обеспечения технических требований сочетаются со средствами обеспечения требований эстетики.

Реализация законченного внешнего вида прибора осуществляется конструктором и дизайнером.

Приборы будут отвечать своему назначению тогда, когда их форма будет проста и выразительна, а отдельные части – подчеркивать основное назначение прибора.

Каждый цветовой фон по-разному оказывает влияние на степень утомляемости зрения. Наиболее утомляет глаз красный и сине-фиолетовый цвета. Наиболее приемлемы желтый, желто-зеленый и голубовато-зеленый цвета и цвета слабой насыщенности.

Конструирование лицевой панели устройства включает выполнение следующих этапов: определение размеров лицевой панели и индикаторов; выбор органов управления; эргономический анализ спроектированной лицевой панели [7].

Размещаемые на панели элементы коммутации, органы управления на ее поверхности компонуются в соответствии с требованиями эргономики и технической эстетики.

Габариты панели выбираются на основе комплексного решения соблюдения эргономических требований по размещению элементов панели и компоновки остальной части устройства РЭС.

В разрабатываемом устройстве имеются следующие органы управления:

1) выключатель двухпозиционный для включения и выключения прибора. На панели в верхнем положении тумблера должно быть написано «ВКЛ.», а в нижнем положении– «ВЫКЛ.». Размер букв и расстояние между ними будет рассчитан ниже.

2) клавиатура, включающая четыре клавиши размером 10х10 мм , первая из которых предназначена для выхода в меню функций, и имеет на поверхности надпись «меню», вторая и третья – клавиши изменения вводимых величин, обозначенные стрелками, и четвёртая – клавиша ввода величины/выбора элементов меню, обозначенная как «ввод»

В разрабатываемом устройстве применен микропроцессорный жидкокристаллический модуль для отображения информации (рисунок 6.1) .

Цифровой индикатор располагается по центру панели, а под ним должны быть расположены органы управления датчиками. Угловые размеры знаков находятся в пределах 20 угловых минут. Контраст знаков и фона не менее 3 к 1 [7]. В системе индикации обеспечена возможность регулировки контрастности переменным резистором. Ручка для поворотной регулировки r=3мм.

Максимальная длина лицевой панели определяется исходя из горизонтального и вертикального угловых размеров зоны периферического зрения оператора и требуемого расстояния до панели. Она вычисляется по формуле:

(6.1)

где - требуемое расстояние до лицевой панели (для пульта l=0,5 м);

– горизонтальный угол обзора панели (для зоны периферического зрения

Максимальная высота панели определяется по формуле:

, (6.2)

где – вертикальный угол обзора панели ()

.

Площадь поля зрения на лицевой панели вычисляется по формуле:

(6.3)

.

Отсюда, при числе элементов, размещаемых на панели минимальная площадь панели вычисляется по формуле:

(6.4)

где – число элементов на панели;

м².

Однако, эта площадь не учитывает установочной площади отдельных элементов, размещаемых на панели. Для определения минимально допустимых размеров панели необходимо найти суммарную установочную площадь элементов по формуле:

(6.5)

где – установочная площадь i-го элемента;

Для дальнейших расчетов примем площадь панели равную , так как она больше чем .

С целью уменьшения габаритов и веса, фактическую площадь лицевой панели выбирают из соотношения:

(6.6)

где – коэффициент использования площади ();

Минимально допустимые размеры знаков и символов на лицевой панели определяются по формуле:

(6.7)

где – допустимый угловой поворот символа (для простых символов ).

.

Допустимая минимальная ширина символа определяется по формуле:

(6.8)

где F – формат символа (F=2/3).

Тогда:

.

Расстояние между символами принимается равным половине ширины символа. Минимальное расстояние от краев одного знака до другого равно ширине (или высоте) знака [7]. Так как сам прибор имеет покрытие под названием «белая ночь», то все надписи и знаки должны быть выполнены черной краской не имеющей бликов. Краска должна быть нестираемой и при нанесении знаков должна обеспечивать требуемый контраст и четкость.

Минимальное расстояние от края индикатора до ближайшего знака, отображаемого на нем равно ширине (или высоте) знака. В этом случае размеры индикатора вычисляют по формулам:

, (6.9)

, (6.10)

где и – высота и ширина индикатора;

и – число знаков индикатора, располагаемых по вертикали и горизонтали;

и – высота и ширина символов.

Для табло получим:

мм.

мм.

В качестве индикатора используется жидкокристаллический модуль МТ-12S2-1 со встроенной подсветкой.

Для обеспечения оптимального считывания показаний индикатора оператором, необходимо обеспечить контрастность изображения в пределах:

, (6.11)

где – коэффициент контраста.

Проведем расчет данных для обеспечения нормального считывания показаний индикатора при следующих данных:

внешняя освещенность среды от 10 до 500 лк;

коэффициент отражения поверхности =0,75;

высота знака =9 мм;

расстояние от глаз оператора до знака примем l=0,5 м.

Определим коэффициент отражения знака по формуле:

, (6.12)

.

Подбираем цвет индикатора зеленый с =0,15.

Определим отраженную яркость по формуле:

, (6.13)

где Е – освещенность поверхности.

.

Определим угловой размер знака индикатора по формуле:

, (6.14)

По графику приведенному в [7] определим для и значение порогового контраста . Оно удовлетворяет значению условия:

, (6.15)

Следовательно, дополнительной подсветки не требуется.

Определим яркость знака для максимальной освещенности по формуле :

.

Определим яркость фона по формуле (6.13):

.

Определим контраст (коэффициент контраста) по формуле:

, (6.16)

.

Требуемый контраст обеспечен, так как он удовлетворяет условию (6.11).

При размещении средств отображения информации учитывались следующие требования:

а)функционально связанные органы управления и индикатор располагаются в непосредственной близости друг от друга;б)органы управления датчиками и

связанный с ними индикатор расположены так, что сами органы управления и рука при работе с прибором не закрывает показания индикатора;

в)органы управления датчиками сгруппированы соответствующим образом: последовательные действия производятся слева направо [7].

Приблизительная компоновка органов управления на передней панели приведена на рисунке 6.2. Представленная на рисунке 6.2 компоновка панели управления удовлетворяет всем эргономическим требованиям к расположению элементов управления. Действия оператором совершаются слева направо, в процессе работы индикатор всегда находится в поле зрения.

7 Технико-экономическое обоснование

7.1 Характеристика системы управления установкой подводного вытяжения позвоночника

Система управления установкой подводного вытяжения позвоночника – современное электронное устройство, которое служит для осуществления автоматического контроля режимов работы и управления установкой подводного вытяжения позвоночника.

Представленная система является усовершенствованным дополнением выпускаемых в настоящее время тракционных установок. Применение данной системы в комплексе с установками вытяжения позвоночника увеличивает целом стоимость всего комплекса, в связи с чем расчёт сравнительного экономического эффекта и экономического эффекта от внедрения не имеет смысла. Смысл внедрения в производство и использования данной системы заключается в повышении качества контроля параметров проведения процедуры, что в свою очередь положительно скажется на здоровье пациентов.

Практически полная автоматизация процесса позволит сэкономить время на подготовку проведения процедуры. Таким образом, внедрение системы приводит к улучшению показателей комплекса целом, т.е является усовершенствованием, которое можно сказать не обеспечивает прямого экономического эффекта, однако несомненно имеет огромное значение.

Комплекс целом, как обладающий улучшенными характеристиками, будет пользоваться большим спросом, за счёт чего вероятно появится возможность увеличить объём выпуска

7.2 Расчет стоимостной оценки результата производства

7.2.1 Прогноз объема продаж и расчетного периода

Возможный объем продаж прогнозируется исходя из числа потенциальных заказчиков, возможностей развертывания производства, наличия производственной базы и т.д. [24].

Вероятно, наиболее оптимальный взгляд на эту проблему даст объем продаж в районе 160 систем/год. Этой цифры будем придерживаться в дальнейших расчетах. Однако в первый год объем продаж составит вероятно около 80 шт/год, так как первые полгода будут потрачены на научно-конструкторские разработки и выпуск опытно-конструкторских образцов. В случае, если прибыль от производства системы не будет положительной, рассчитаем необходимый объём продаж, при котором экономически целесообразно налаживать выпуск системы.

Расчетный период подразумевает время, в течение которого капиталовложения оказывают воздействие на производственный процесс. Для предприятия производителя расчетный период-срок производства новой техники. Очевидно, что увеличение сроков производства влечет за собой увеличение прибыли, поскольку затраты на освоение новой продукции многократно себя окупают. Этот факт, вроде бы верный, может таить в себе заблуждение. На самом деле, если товар выпускается в течение длительного времени, он теряет свою новизну и перестает привлекать покупателей. Это в большей степени относится к изделиям электронной техники, чем к каким либо другим. Поэтому, реальный срок производства не может быть более 2-4 лет. В качестве расчетного периода возьмем 4 года.

7.2.2 Общая методика расчета экономического эффекта

Большое значение для начала производства проектируемого изделия имеет ожидаемая прибыль или экономический эффект, на этапе завершения проектных работ, как обоснование ожидаемой экономической эффективности. Экономический эффект за расчетный период при сравнительной эффективности рассчитывается по формуле:

,(7.1)

где_DР_т – прирост (экономия) стоимостной оценки результата от мероприятия;

_DЗ_т - прирост (экономия) дополнительных затрат на реализацию мероприятия;

т - расчетный период времени.

Расчет экономического эффекта производится с обязательным использованием приведения разновременных затрат и результатов к единому для всех вариантов моменту времени — расчетному году (t_p).

Учет фактора времени один из основных вопросов, возникающих при анализе вариантов капиталовложений. Приведение к расчетному году осуществляется путем умножения разновременных затрат и результатов по каждому году на коэффициенты приведения. Коэффициент определяется по формуле:

(7.2)

гдеЕ_н - норматив приведенных разновременных затрат и результатов;

t_р - расчетный год, t_р=1.

В качестве расчетного года берем год начала финансирования работ по осуществлению мероприятия, включая проведение научных исследований. Рассчитываем коэффициент приведения на четыре года. Примем Е_н=0,4. Результат расчета приводится в таблице 7.1.

Таблица 7.1 - Числовые значения коэффициента приведения

Расчетный период	2001	2002	2003	2004
Значение коэффициента	1	0,7	0,51	0,36

7.2.3 Методика и расчет себестоимости и отпускной цены

Расчет экономической эффективности начинаем с расчета себестоимости и отпускной цены единицы продукции.

Себестоимость продукции – это выраженная в денежной форме сумма затрат на производство и реализацию продукции.

В эту статью включается стоимость основных и вспомогательных материалов, необходимых для изготовления единицы продукции по установленным нормам, рассчитываемая по формуле:

,(7.3)

гдеК_ТР – коэффициент, учитывающий транспортно заготовительные расходы при приобретении материалов;

Н_рi – норма расхода i – го вида материала на единицу продукции;

Ц_i – отпускная цена за единицу i – го вида материала, руб.;

О_вi – возвратные отходы i – го вида материала, руб.;

n – номенклатура применяемых материалов.

Коэффициент Н_рi и Ц_i приведены в таблице 7.2. Коэффициент О_вi для всех видов материалов равен нулю.

Результаты расчета затрат на сырье и материалы для производства установки приведены в таблице 7.2.

Таблица 7.2 - Расчет затрат на сырье и материалы

Наименование материала	Марка	Единица измерения	Норморасход	Оптовая цена, руб.	Сумма, руб.
Припой	ПОС-61	кг	0,02	18	0.36
Эмаль	ЭП-525	л	0,012	14	0.17
Флюс	ФСК	кг	0,05	8

0.4

Спирт этиловый

л

0,2

7

1.4

Итого:

2.33

С учетом транспортно-заготовительных работ (5%):

2.4

1

2

3

4

5

ЖК модуль

шт.

1

10000

10000

Транзистор КТ827А

шт.

7

300

2100

Диод Д247

шт.

7

100

700

Диод Д206

шт.

4

100

400

Диод Д302

шт.

4

100

400

Диод Д304

шт.

4

100

400

Конденсатор К10-17

шт.

7

80

560

Конденсатор К50-6-4000х50

шт.

2

200

400

Трансформатор сетевой

шт.

1

5000

5000

Предохранитель ВП

шт.

2

20

40

Резистор МЛТ-0,125

шт.

12

100

1200

Резистор СПО-2

шт.

1

300

300

Кнопка

шт.

4

600

2400

Выключатель сетевой

шт.

1

1250

1250

Вилка

шт.

5

300

1500

Гайка

шт.

10

5

50

Винт

шт.

10

10

100

Плата 1

шт.

1

1200

1200

Плата 2

шт.

1

700

700

Корпус

шт.

1

6400

6400

Итого:

41000

С учетом транспортно-заготовительных работ (5%):

Затраты на основную заработную плату производственных рабочих сдельщиков рассчитываются по формуле:

,(7.5)

гдеT_чсi - часовая тарифная ставка, соответствующая i-му разряду работ;

t_i - норма времени по данному i-му виду работ;

К_пр - премиальный коэффициент.

Часовая тарифная ставка рассчитывается по формуле:

,(7.6)

гдеT_м1 - месячная тарифная ставка, соответствующая первому разряду;

К_сi – тарифный коэффициент часовой тарифной ставки, соответствующей i – му разряду;

К_пп – коэффициент сложности работы.

Часовая тарифная ставка для рабочих, выполняющих маркировку и упаковку (разряд работы 4, коэффициент сложности равен 1) составит:

руб/ч

Часовая тарифная ставка для рабочих, выполняющих установку комплектующих на плату (разряд работы 4, коэффициент сложности равен 1,3):составит:

руб/ч

Часовая тарифная ставка для рабочих, выполняющих работу 5 разряда (коэффициент сложности равен 1,3):составит:

руб/ч

Расчеты основной заработной платы представлены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 - Расчет основной заработной платы

Дополнительная заработная плата основных производственных рабочих рассчитывается по формуле:

,(7.7)

гдеЗ_о – основная заработная плата;

Н_д – процент отчислений в дополнительную заработную плата основных производственных рабочих, равняется 20%.

руб.

Отчисления в фонд социальной защиты населения определяется по формуле:

, (7.8)

гдеН_соц – процент отчислений в фонд социальной защиты населения, равен 35%.

руб.

Чрезвычайный чернобыльский налог и отчисления в фонд занятости определяется по формуле:

, (7.9)

гдеН_чз – процент отчислений в чрезвычайный чернобыльский налог и в фонд занятости, равен 5%.

руб.

Износ инструментов и приспособлений целевого назначения определяется по формуле:

, (7.10)

гдеН_из – процент отчислений на износ инструментов и приспособлений целевого назначения, равен 15%.

руб.

Общепроизводственные расходы рассчитываются по формуле:

, (7.11)

гдеН_общ – процент отчислений на общепроизводственные расходы, равен 100%.

руб.

Общехозяйственные расходы определяются по формуле:

, (7.12)

гдеН_обх – процент отчислений на общехозяйственные расходы, равен 150%.

руб.

Прочие производственные расходы определяются по формуле:

, (7.13)

гдеН_пр – процент отчислений на прочие производственные расходы, равен 1%.

руб.

Производственная себестоимость рассчитывается:

(7.14)

Коммерческие расходы определяются по формуле:

,(7.15)

гдеН_ком – процент отчислений на коммерческие расходы, равен 2%.

руб.

Полная себестоимость изделия рассчитывается по формуле:

, (7.16)

руб.

Плановая прибыль на единицу изделия определяется:

, (7.17)

гдеН_ед – процент отчислений на плановую прибыль на единицу изделия, равен 30%.

руб.

Оптовая цена предприятия рассчитывается по формуле:

, (7.18)

руб.

Отчисления в местный бюджет (сельхозналог, отчисления в ведомственный жилой фонд и инвестиционный фонд) определяются по формуле:

, (7.19)

гдеН_мб – процент отчислений в местный бюджет, равен 2,5%.

руб.

Отчисления в республиканский бюджет (поддержание производителей сельхозпродукции, дорожный фонд) определяются по формуле:

, (7.20)

гдеН_рб – процент отчислений в республиканский бюджет, равен 2%.

руб.

Итого основная цена без учета НДС определяется по формуле:

, (7.21)

руб.

Налог на добавленную стоимость рассчитывается по формуле:

,(7.22)

гдеН_дс – процент отчислений на добавленную стоимость, равен 20%.

руб.

Отпускная (свободная) цена определяется по формуле:

(7.23)

руб.

Результаты расчетов себестоимости и отпускной цены единицы продукции сведены в таблице 7.5.

Таблица 7.5 - Себестоимость и отпускная цена единицы продукции

7.3 Расчет стоимостной оценки затрат

Единовременные затраты в сфере производства включают предпроизводственные затраты (К_пп.з.) и капитальные вложения в производственные фонды завода изготовителя (К_п.ф.):

(7.24)

Предпроизводственные затраты определяются по формуле:

, (7.25)

где S_ниокр – сметная стоимость НИОКР, руб.;

К_осв – затраты на освоение производства и доработку опытных образцов продукции, изготовление моделей и макетов, руб.;

К_п.ф. – капитальные вложения в производственные фонды завода – изготовителя, равно нулю;

К_осв равно нулю, так как технология изготовления продукции не требует значительных затрат на доработки и эти затраты можно отнести в статью общепроизводственные расходы.

К_П=К_ППЗ

К_П=2052 тыс. руб.

7.3.1 Сметная стоимость НИОКР

Заработная плата разработчиков с учетом отчислений от нее:

, (7.26)

где ч_р – число разработчиков;

t_рj – трудоемкость работ выполняемых j – ым работником, дней;

ЗП_днj – среднедневная заработная плата j – го работника, руб.;

К_д – коэффициент дополнительной заработной платы, равен 20%;

К_нз – коэффициент начислений на заработную плату, равняется 1,4.

Данные о заработной плате сотрудников НИР приведены в таблице 7.6.

Таблица 7.6 – Данные о заработной плате сотрудников НИР

Виды работ	Исполнитель	Затраты труда, чел. дн.	Зарплата за день работы, тыс. руб.
Утверждение технического задания	Руководитель	5	4,5
Подбор и изучение литературы	Старший научный сотрудник	45	4,0
Разработка схем и исполнение чертежа	Инженерно   технические работники	60	3,0

тыс. руб.

Услуги сторонних организаций Р_ус равны нулю.

Прочие прямые расходы рассчитываются по формуле:

, (7.27)

где Н_пр – процент отчислений на прочие прямые расходы, равен 10%.

тыс. руб.

Косвенные накладные расходы рассчитываются по формуле:

, (7.28)

где Н_кос – процент отчислений на косвенные накладные расходы, равен 150%.

тыс. руб.

Полная себестоимость сметы затрат НИР составит:

, (7.29)

гдеР_м получаем из таблиц 7.2 и 7.3.

тыс. руб.

Результаты расчета плановой (сметной) себестоимости и цены НИР и ОКР сведены в таблице 7.7.

Таблица 7.7 - Результаты расчета плановой (сметной) себестоимости и цены НИОКР

7.4 Расчет экономического эффекта

В качестве прироста прибыли от производства принимается годовой прирост, остающейся в распоряжении предприятия.

Абсолютная величина прироста прибыли за год определяется по формуле:

, (7.30)

гдеН_t - процент налога на прибыль в году t;

N_t – объём выпуска.

П_ед – плановая прибыль на единицу продукции

Годовой прирост чистой прибыли от внедрения в первый год:

тыс. руб.

В последующие годы:

тыс. руб.

Экономический эффект можно расчитать по формуле:

(7.31)

Расчет экономического эффекта приведен в таблице 7.10 Очевидно, что производство системы при выбранном объёме выпуска (80 шт.) в первый год будет убыточным. В последующие годы при объёме выпуска 160 шт. в год, изделие будет на пределе рентабильности. Рассчитаем минимальный необходимый объём выпуска, при котором производство системы будет иметь положительный экономический эффект:

Из формулы ( 7.30) получим:

,

откуда:

(7.32)

из формулы (7.32) получим:

Для дальнейшего расчёта примем

Таблица 7.10 - Расчет экономического эффекта

Показатель	Ед.		Расчетный период
	Разм.		2001		2002			2003		2004
Результат
Прогнозируемый объем производства		шт.	140		140			140		140
Себестоимость единицы		тыс. руб.	69,5		69,5			69,5		69,5
Годовой прирост чистой прибыли от внедрения		тыс. руб.	2052		2052			2052		2052
То же с учетом фактора времени		тыс. руб.	2052		1436			1046		738,7
Затраты
Смета затрат на НИОКР		тыс. руб.	2052		0	0			0
То же с учетом фактора времени		тыс. руб.	2052		0	0			0
Экономический эффект
Превышение рез-та над затратами		Тыс руб.	0	1436			1046			738,7
Коэффициент приведения		—	1	0,7			0,51			0,36

В таблице 7.10 приведены данные, основанные на граничном условии рентабильности производства по первому году выпуска. Из расчётов следует, что производство не является целесообразным при объёме выпуска менее 140 систем в год.

Заключение

Разработанная в ходе дипломного проектирования система управления для установки подводного вытяжения позвоночника является полезным усовершенствованием, которое позволит значительно сэкономить время на подготовку к процедуре и обеспечить качественный контроль всех параметров процедуры. Разработка устройства проводилась на современной элементной базе и с использованием современных приёмов построения электрических схем. В ходе разработки устройства были использованы: система автоматического проектирования PCAD 8.5 и конструкторская программная среда AutoCAD 2000. Устройство удовлетворяет современным эргономическим требованиям, обеспечивает простоту и наглядность управления. Программируемый таймер обеспечивает автоматическое выполнение подготовительных операций и обеспечивает управление нагрузкой и её снятием по окончании процедуры. В таймере предусмотрены возможности изменения нагрузки во времени по различным законам, контроль и поддержание постоянной температуры воды, автоматическая замена воды после каждой процедуры. Задачей оператора является задание необходимых режимов работы и закрепления пациента на рабочем столе. Остальные действия выполняет программируемый таймер. Экономический эффект от производства невелик. Для рентабельности производства необходим выпуск около 140 устройств в год, однако в конечном итоге, ввиду того, что устройство обеспечивает лучшие показатели всего комплекса вцелом, система будет иметь спрос на мировом рынке.