Мехатронная система для изготовления печатных плат

4.1 Постановка задачи на разработку технологического процесса изготовления платы управления станком ЧПУ

Необходимо разработать технологический процесс сборки платы управления. Плата может быть заказана либо изготовлена с использованием данного мехатронного комплекса.

Плата управления - интеллектуальный модуль, предназначенный для управления 6-ю драйверами IR3220. Кроме того он обрабатывает сигналы с концевых переключателей. Имеет 11 цифровых входов и 18 цифровых выходов. (не считая входы и выходы spi-интерфейса, по которому МК передаётся программа). К модулю подключаются 3 платы драйвера, шлейф с LPT-порта ПК и шлейф от концевых переключателей на станке.

Для настройки и контроля платы используется специальный испытательный стенд.

4.2 Анализ особенностей конструкции платы управления мехатронной системой

Плата управления представляет собой плату размером 50 х 60 миллиметров.

Особенностями конструкции, существенными с точки зрения технологического процесса сборки платы, являются:

применение интегральной микросхемы (ATMega128),

двусторонняя печатная плата,

отсутствие в схеме элементов, требующих настройки в процессе сборки,

высокая повторяемость типоразмеров пассивных ЭРЭ (резисторов и конденсаторы),

плата управления, после монтажа радиоэлементов, обязательно покрывается лаком.

Применяется 2 технологии монтажа для различных компонентов: технология монтажа в отверстия (Through Hole Technology, далее THT) и поверхностный монтаж (далее SMD-технология).

THT-Компоненты располагаются с одной стороны печатной платы, а поверхностный монтаж чип элементов и МК осуществляется с другой.

4.3 Оценка технологичности конструкции платы

На плате расположено много разнородных элементов, некоторые из которых устанавливаются в единственном экземпляре, что значительно снижает технологичность монтажа. Однако при разработке учитывались некоторые факторы технологичности, и поэтому применяется всего двухслойная печатная плата с установкой элементов в основном с аксиальными выводами (планарные выводы только у микросхем), многие резисторы и конденсаторы были сведены в небольшое количество групп при большом количестве элементов. В силу своей специфики плата плохо подходит для автоматического производства, но при ее серии это совсем необязательно. Плата разведена с шагом координатной сетки 0.8 мм, но монтаж достаточно свободный, что опять же улучшает технологичность платы.

На печатной плате установлено:

§ 1 микросхема (64 вывода) - SMD-технология

§ 8 конденсаторов (16 вывода) - SMD-технология

§ 20 резисторов (40 выводов) - SMD-технология

§ 7 разъемов (62 вывода) - THT-технология

§ 2 светодиода (4 вывода) - THT-технология

§ 1 кнопочный переключатель (4 вывода) - THT-технология

§ 1 кварцевый резонатор (2 вывода) - THT-технология

Отверстия печатной платы:

§ 72 отверстия для THT-монтажа, диаметр 1 мм, металлизация не требуется

§ 25 переходных отверстия, диаметр 0.8 мм, металлизация обязательна.

§ 2 крепёжных отверстия, диаметр 3 мм.

Исходные данные для определения комплексного показателя технологичности приведены в таблице 4.1.

таблице 4.1.

Исходные данные	Обозн	Значение показателя
Количество монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом, т. е. имеются механизмы, оборудование или оснащение для выполнения монтажных	Нам	74
Общее количество монтажных соединений	Нм	99
Общее количество микросхем в блоке	Нмс	1
Общее количество ЭРЭ	Нэрэ	40
Количество ЭРЭ, подготовка которых к монтажу осуществляется (может осуществляться) механизированным или автоматическим способом.	Нмпэрэ	29
Количество операций контроля и настройки, которые можно осуществить автоматизированным или механизированным способом. В число указанных операций включаются операции, не требующие средств механизации.	Нмкн	27
Общее количество операций контроля и настройки	Нкн	27
Общее количество типоразмеров ЭРЭ в изделии	Нтэрэ	14
Количество типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии	Нтор эрэ	0

Примечание: будем считать количество монтажных соединений, которые могут осуществляться механизированным или автоматизированным способом, количество выводов элементов, которые устанавливаются с помощью установочного приспособления.

Общим количеством монтажных соединений будем считать общее количество выводов всех ЭРЭ.

Количество ЭРЭ, подготовка которых к монтажу осуществляется механическим способом, будем считать количество элементов, формовка и обрезка выводов которых осуществляется с помощью приспособления.

Оценка технологичности производится количественно по значениям базовых показателей технологичности.

1. Коэффициент использования микросхем и транзисторных матриц в блоке:

К_испмс= Н_мс /Н_эрэ; К_испмс = 29/40 = 0.725

Весовой коэффициент ц = 1

2. Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

К_гсм = Н_лм /Н_м; К_лм = 74/99 = 0.747

Весовой коэффициент ц = 1

3. Коэффициент механизации подготовки ЭРЭ:

К_кмэрэ = Н_мпэрэ /Н_эрэ ; К_кмэрэ = 27/29 = 0,93

Весовой коэффициент ц = 0,75

4. Коэффициент механизации контроля и настройки.

К_кмн = Н_мкн /Н_кн; К_кмн = 27/27 = 1

Весовой коэффициент ц = 0,5

5. Коэффициент повторяемости ЭРЭ.

К_повэрэ= 1- Н_тэрэ /Н_эрэ; К_повэрэ = 1 - 14/34=0,6

Весовой коэффициент ц = 0,31

6. Коэффициент применяемости ЭРЭ.

К_пэрэ = 1 - Н_торэрэ /Н_тэрэ; К_пэрэ = 1 - 0/14 = 1

Весовой коэффициент ц = 0,187.

Определение комплексного показателя технологичности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

= 0.49.

Таким образом, изделия отвечают требованиям технологичности в условиях мелкосерийного производства, поскольку для него показатель технологичности лежит в пределах от 0.35 до 0.5.

Разработка технологии монтажа печатной платы основывается на требованиях по безопасности изготовления платы и требованиях по термоустойчивости элементов и самой печатной платы. Основными критериями для получения работоспособной печатной платы являются время и температура пайки, лужения и флюсования выводов различных элементов. Так же условиями правильной работы печатной платы является правильный порядок размещения элементов на плате. В начале устанавливаются простые, пассивные элементы типа резисторов, конденсаторов, у которых мало выводов, и только в конце ставятся чувствительные элементы, типа микросхем.

4.4 Оборудование

Автомат установки SMD-компонентов HP4000

Автомат HP4000 немецкой фирмы HEEB-INOTEC обеспечивает высокоточную установку компонентов поверхностного монтажа с малым шагом на печатные платы. Установка предназначена для среднесерийного производства.

Высокая скорость при большой точности и высоком качестве монтажа достигается использованием системы лазерного центрирования компонентов "на лету" (Cyberoptics).

Система управления на основе встроенного индустриального компьютера с управляющим контроллером позволяет создавать, хранить и редактировать рабочие программы, а с помощью видеосистемы, расположенной на монтажной головке, можно программировать установку в режиме самообучения.

Автомат может использовать большое количество разнообразного типа питателей:

? ленточные

? пенальные

? ячеечные

Все питатели защищены открывающейся крышкой.

Для работы установки необходим компрессор 6 бар.

Дополнительно поставляется:

? Специальная видеосистема (ICOS) для центрирования микросхем с мелким шагом выводов и микроBGA-компонентов.

Основные технические характеристики

таблице 4.2.

Максимальный размер печатной платы, мм	400 х 500
Наименьший компонент	0402
Наибольший компонент	33 х 33 мм
Максимальная производительность, комп./час	4000
Центровка компонентов	Лазерная "на лету"
Максимальное количество 8-мм питателей	154
Точность позиционирования, мм	± 0,09 (± 0,05 с видеосистемой ICOS)
Электропитание	220В, 50Гц
Вес, кг	490
Габаритные размеры, мм	1210 х 1990 х 1510

Mistral 360TS

	Полностью конвекционная печь, обладающая четырьмя раздельными зонами с управляемой температурой: три зоны предварительного нагрева и одна зона оплавления. На выходе печи предусмотрена зона активного охлаждения печатного узла после пайки. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Тип нагревателей конвекционные Зоны с управляемой температурой 4 Зона охлаждения 1 Общая длина зон нагрева 1400 мм Температурный диапазон 180 - 290 0С Максимальная ширина платы 355 мм Диапазон скоростей конвейера 10-120 см/мин Максимальная мощность (при выходе на режим) 7,8 кВт Размеры, ДхШхВ 2280 х 860 х 360 мм Вес 160 Кг .

В рекомендуемом режиме работы печи, скорость конвейера составляет 50 см/мин. Что вполне приемлемо для нашего размера платы. Значит для термической обработки платы достаточно 2 мин.

4.5 Инструкция контроля и настройки платы управления мехатронной системой

Схема контроля изображена на одноименном листе.

Для контроля функционирования платы необходимы следующие приборы:

Источник питания +5В.

ПК

Соединительные провода.

Контроль функционирования платы управления производится в следующей последовательности:

1. Подсоединить плату управления к ИП1 и к компьютеру. Сначала использовать SPI-кабель для связи с ПК. (Подключить его к SPI-разъёму микроконтроллера)

2. На компьютере запустить программу "PonyProg2000". В этой программе открываем файл m128_v2.HEX. Далее находим в меню файл - > загрузка кода в МК.

3. Пойдёт загрузка кода (около 5 сек), после чего наблюдать окно с надписью: “загрузка прошла успешно”.

4. Наблюдать загоревшийся светодиоды HL1 и HL2 (это означает что дорожки не соприкасаются друг с другом и с землёй).

Примечание: для контроля правильности монтажа схемы предусмотрен

специальный код, который выполняется при запуске МК. Опрашиваются все ножки на предмет контакта с землёй. Затем проверяется контакт между соседними ножками. После чего даётся команда зажечь светодиод HL1.

Начальные значения ШИМ-в для всех тактов обнулены, поэтому на соответствующих выходах ШИМ мы не будем наблюдать вовсе. Требуется затабулировать все уровни ШИМ для всех уровней токов (и для всех ШД.). Настройка платы управления производится в следующей последовательности:

1. Подключить плату управления к компьютеру шлейфом LiLn через разъём XS5. Подключить плату драйвера шлейфом драйвера через разъём XS1. Подключить ШД с амперметром к драйверу. Подключить все источники питания.

2. Наблюдать нулевой ток на амперметре.

3. Нажать и отпустить кнопку SB1. Наблюдать как мигнёт и потухнет HL1. (Режим настройки уровней ШИМ).

4. Нажать и держать SB1 пока не загориться HL1 и одновременно не потухнет HL2. (Выбран двигатель 1).

5. Наблюдать как светодиод HL2 мигнёт один раз. (Настраиваеться 1-й ток).

6. Щёлкать по кнопке SB1, наблюдая за показаниями амперметра. Как только ток достигнет требуемой величины: Inom*0.38=1,06А нажать и держать кнопку до тех пор пока не загориться HL2, после чего сразу отпустить. Теперь уровень ШИМ для тока 1,06А занесено в регистр EEPROM.

7. Наблюдать как светодиод HL2 мигнёт 2 раза. (Настраиваеться 2-й ток). Далее повторяем пункт 6 до тех пор пока не настроим ещё 3 тока: Inom*0.707=1,98А, Inom*0.92=2,59 А, Inom*1=2,8 А.

8. После настройки последнего тока, МК выходит из корневого алгоритма настройки токов. Светодиод HL2 загориться, а светодиод HL1 потухнет. Далее предлагается настраивать следующий двигатель, но для полной уверенности нужно проверить, как работает этот на требуемой скорости. Для этого быстро нажмите на кнопку несколько разка, пока не загоряться оба светодиода.

9. Теперь обратимся к компьютеру. Запустите программу z1_v2.2.exe. В командной строке введите команду 99. Появиться надпись: “переход к ручному управлению, введите ось”. Вводите номер оси (т.е. двигателя) - “1”. Далее вводите количество шагов: “1000”. После чего двигатель должен сделать 5 оборотов на скорости 300 шагов в секунду. (около 3-х секунд).

5. Экономическая часть

5.1 Введение

В этой части дипломного проекта я буду рассчитывать не себестоимость создания системы управления станка с ЧПУ, а непосредственно себестоимость производства печатных плат на этом станке.

Для наиболее полного использования ресурсов требуется использовать несколько станков ЧПУ, каждый из которых будет выполнять свою специализированную задачу. На каждом из них установлен соответствующий инструмент для выполнения своих задач. Тем не менее все станки имеют одинаковую систему управления, которая разрабатывается в рамках этого дипломного проекта. Нужно отметить то, что головная программа управления должна находится на одном компьютере, чтобы правильно координировать весь производственный процесс. Для простоты расчётов рассмотрим случай минимизации числа рабочих, то есть максимально эффективно использовать время и труд людей, занятых в производственном процессе.

5.2 Требуемое качество плат

Всю дальнейшую работу определяет не что иное как спрос на изготовление тех или иных плат. Здесь необходимо чётко определиться какого качества необходимы платы и какие сроки поставлены для их изготовления. Наиболее востребованными платами на сегодняшний день являются платы 3-го класса точности.

ГОСТ 23.751-86 предусматривает пять классов точности печатных плат, и в конструкторской документации на печатную плату должно содержаться указание на соответствующий класс, который обусловлен уровнем технологического оснащения производства. Поэтому выбор класса точности всегда связан с конкретным производством. Попытка решить эту задачу в обратном порядке может привести к тому, что Ваш проект не будет реализован.

Таблица 5.1

Условное обозначение	Номинальное значение основных параметров для класса точности
	1	2	3	4	5
t, mm (mil)	0.75 (29.5)	0.45 (17.7)	0.25 (9.84)	0.15 (5.9)	0.1 (3.937)
S, mm (mil)	0.75 (29.5)	0.45 (17.7)	0.25 (9.84)	0.15 (5.9)	0.1 (3.937)
b, mm (mil)	0.3 (11.81)	0.2 (7.874)	0.1 (3.937)	0.05 (1.97)	0.025 (0.984)
f / min диаметр отверстия, mm (mil) для стандартного текстолита толщиной 1.5 мм	0.4 / 0.6 (23.6)	0.4 / 0.6 (23.6)	0.33 / 0.495 (19.5)	0.25 / 0.375 (14.76)	0.2 / 0.3 (11.8)

В таблице: t - ширина печатного проводника; S - расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка; b - гарантированный поясок; f - отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированых отверстий, к толщине печатной платы.

На станке, рассмотренном в этом дипломном проекте, с его системой управления и технологией производства возможно изготовление плат 3-го класса, хотя и с некоторыми оговорками, которые указаны в технологической части. Таким образом качество плат мы можем обеспечить. Но это ешё не всё. Существует, будем их называть дополнения к платам, такие как: наличие маски, металлизации отверстий и другие. Все эти дополнения заметно влияют на себестоимость и стоимость печатной платы. Но в начале работы предприятия можно обойтись без них, но в любом случае их наличие будет привлекать больше клиентов. Для упрощения расчетов вносить их не будем.

5.3 Общая схема работы предприятия

У предприятия есть сайт, где размещены все необходимые сведения для потенциальных клиентов, желающих заказать плату по своей заранее созданной схеме. (Принципиальной схемы и чертежа печатной платы) Если у клиента нет чертежа печатной платы, а есть только принципиальная, и он нуждается в помощи инженеров, которые бы осуществили разводку этой схемы - такой вариант тоже возможен, но мы его рассматривать не будем, потому что здесь своя специфика, не относящаяся к теме дипломного проекта.

Итак, клиент присылает чертёж своей печатной платы с разведёнными дорожками. Формат файла может быть любым, если этот вопрос не оговорить на сайте. Самой распространённой программой для создания электронных схем является P-CAD. Это платная программа. Второй по распространённости является бесплатная программа Sprint Layout 5.0. В ней легко разобраться даже новичку по части электроники, тем более эта программа полностью русифицировано, все эти качества дают ей 2-е место по распространённости. Предприятию не обязательно покупать программу P-CAD чтобы открывать файлы .plt, gerber и другие. Достаточно установить бесплатный аналог Sprint Layout 5.0. Итак, после принятия файла заказа, инженер-электронщик открывает этот файл и анализирует его с точки зрения возможности изготовления данной платы. Если он приходит к выводу что плату можно изготовить с учётом специфики оборудования, отправляет положительный ответ клиенту. Клиент в свою очередь оплачивает заказ через любые возможные варианты, как ему удобно: электронные деньги, банковский перевод. После оплаты заказа инженер-электронщик приступает к реализации заказа. В его обязанности входит: поиск ошибок на чертеже и конвертирование файла в код, понятный программе по управлению станками, и в конечном итоге запуск программы. По части ошибок, они могут быть такого плана: слишком близко расположенные дорожки, пересечение контактных площадок и другие. Одновременно с инженером-электронщиком за работу принимается инженер-технолог. Он отрезает необходимые по размерам куски фольгированного стеклотекстолита, устанавливает его в станок. Станок в свою очередь по программе выполняет технологические операции. Помимо обработки платы станком ЧПУ существуют другие операции, без станка. Технолог все их по порядку выполняет. И в конце он получает готовую плату. Плата отсылается клиенту, по почте или курьеру, и на этом выполнение заказа прекращается. Особенность производства заключается в том что предприятие должно обрабатывать параллельно несколько заказов.

5.4 Определение стадий работ

Обратимся к плану предприятия:

Рис 5.1

Здесь схематически изображена производственная площадь и оборудование. Кружками изображён обслуживающий персонал. Под номером 1 - инженер-электронщик, под номером 2 - инженер-технолог.

Перечислим назначение всего выше обозначенного оборудования:

- верстак: используется для отрезки платы необходимого размера.

- стеллаж с фольгированным стеклотекстолитом: в нем хранятся заготовки фольгированного стеклотекстолита.

- стеллаж с изготовленными платами: сюда технолог помещает изготовленную плату, он находится ближе к выходу, чтобы было удобнее забрать платы.

- лабораторный столик: на нём располагается ванночки с цапонлаком и хлорным железом, а также необходимым оборудованием для приготовления раствора хлорного железа.

- вентиляция: располагается над лабораторным столиком, чтобы отводить вредные пары от цапонлака и раствора хлорного железа (не смотря на то что ванночки с этими химикатами плотно закрываются крышками).

- станок для шлифовки: станок в качестве инструмента имеет шлифовальный диск, по программе очищает поверхность платы от оксидной плёнки.

- станок для сверловки и создания контура рисунка: станок имеет один инструмент для выполнения этих 2-х операция.

- головной компьютер: управляет всеми станками, выдаёт информацию на информационный монитор, а также используется инженером-электронщиком для выполнения всех операция с заказом.

- информационный монитор: информирует инженера-технолога о статусе станков, о том какая заказ и операция выполняются, даёт подсказки к дальнейшим действиям технолога.

Описание всех стадий работ.

Для оценки времени выполнения каждой стадии используем метод вероятносных оценок:

Тож = ( 3Тмин + 2 Тмах ) / 5;

Тож - ожидаемая длительность работ.

Тмин - время при минимальной трудоёмкости.

Тмах - время при максимальной трудоёмкости.

По умолчанию единица измерения времени: минуты. Время приведено в таблице, расчёт времени приведён в таблице, в конце главы.

1. Проверочная стадия. Инженер-электронщик анализирует принятый файл на предмет возможности изготовления данной платы.

2. Подготовительная стадия. На этом этапе инженер-электронщик осуществляет поиск ошибок в разводки платы. После чего конвертирует исправленный файл в массив данных, понятный для программы управления, делает если требуется необходимые настройки и запускает программу на выполнение.

3. Производственная стадия. На этой стадии полностью осуществляется изготовление платы, состоит из множества этапов, все этапы выполняет инженер-технолог руководствуясь информационным монитором.

3.1 Этап отрезать заготовку нужного размера (размер высвечивается на информационном мониторе), осуществляется на верстаке.

3.2 Этап шлифовка. Для этого отрезанная плата закрепляется в соответствующем станке, где по программе осуществляется шлифовка (с 2-х сторон).

3.3 Покрытие лаком. Плата окунается в ванну с цапонлаком на лабораторном столе. Необходимо также подождать немного пока лишний лак стечёт.

3.4 Сушка. Слой лака очень тонкий, поэтому сушка занимает времени не больше минуты под действие напора воздуха.

3.5 Создание рисунка. Плата закрепляется на соответствующем станке, где на ней с помощью инструмента игла наносится рисунок печатной платы.

3.6 Травление. Плата помещается в ванну с хлорным железом на лабораторном столике. Этап достаточно продолжительный, поэтому можно переключится на другую работу.

3.7 Промывочная. Плата промывается под струёй водопроводной воды, чтобы смыть остатки хлорного железа. Здесь включена непродолжительная сушка.

3.8 Сверловка. Плата опять помещается на соответствующий станок, где осуществляется по программе сверловка всех необходимых отверстий.

4. Стадия контроля включает в себя беглый просмотр с помощью микроскопа на наличие непротравленных участком, если они есть, то устранить с помощью иглы. После проведения поместить готовую плату на стеллаж, пометив идентификационным номером.

Таблица 5.2

Продолжительность выполнения этапа задана в минутах.

В некоторых колонках дано два времени через дробь. В этом случае инженеру требуется некоторое время для запуска процесса, который затем выполняется без его участия. Например этап 3.5 создание рисунка, время составляет 15/2 минут. Это значит что технологу нужно 2 минуты чтобы установить плату в станок, затем станок самостоятельно будет вырезать рисунок без участия человека ещё 13 мин. В это время технолог может заняться другими этапами из других задач. Аналогично другие колонки: 3.6 травление платы. 2 минуты на установку платы в травильную ванну, после чего она будет травиться ещё 38 минут.

Здесь нужно добавить по поводу времени создания рисунка на станке. Оно зависит от площади изготавливаемой платы. В среднем каждый дециметр платы во время создания рисунка обрабатывается 5 минут. Чаще всего заказываются платы с общей площадью 3 квадратных дециметра.

Общее время работы каждого инженера над выполнением одного заказа подогнано так, чтобы оно было одинаковым и составляет 20 мин.

Расчёт:

Таблица 5.3

5.5 Организация рабочего времени

Требуется организовать работу 2-х рабочих так, чтобы они использовали рабочее время максимально полно. Для решения этой организационной задачи изобразим шкалу времени с отрезками, показывающие начало и окончание этапов:

Рис 5.2

Каждый отрезок времени (точнее конец этого отрезка) помечен номером этапа, для каждого работника. Будем называть весь 120-минутный временной отрезок циклом, поскольку он повторяется 4 раза в течение 8-часового дня. За цикл рабочие успевают выполнить 4 заказа. Помним, что каждый заказ в среднем составляет 3 квадратных дециметра платы.

Цикл производства платы начинает инженер-электронщик и ему требуется 20 минут, чтобы подготовить информацию для производства. Следовательно технолог должен делать платы с некоторым отставанием, кратным числу заказов. Оптимальным отставанием является 2 заказа. То есть в то время когда электронщик начинает заниматься N-м заказом, технолог приступает выполнять (N-2)-й заказ.

Остановимся на особенностях работы технолога. График работы электронщика прост: он обрабатывает по очереди заказы. А технолог переключается с одного заказа на другой, как только у него появляется свободное временное окно. Причём у него целых 3 окна, когда есть возможность заняться другим заказом, а именно: во время формирования рисунка (13 мин.), во время травления платы (38 мин.), и во время сверловки станком (3 мин.), (Последнее окно не используется, потому что оно слишком мало). Нужно также помнить, что станок для сверловки и создания контура, только один, поэтому этапы 3.5 и 3.8 с разных заказов не должны пересекаться во времени.

Результаты построения графика:

1. Время работы каждого из инженеров: 67%.

2. Время работы станка для сверловки и создания контура: 67%.

3. Время работы станка для шлифовки: 1.7%.

4. Требуемое количество ванн для травления: 3. (это значит, что есть моменты времени когда будут травиться одновременно 3 платы).

5. Максимальное количество выполненных заказов в день: 16. (по 3 квадратных дециметра каждый)

6. Срок изготовления платы: 105 минут.

Замечание: время работы станка для сверловки и создания контура является в бОльшей степени определяющим, имеет смысл наращивать скорость движения суппортов станка для повышения производительности выпуска печатных плат.

5.6 Составление сметы затрат на производство

Типовая сметная калькуляция содержит следующий перечень статей затрат [1]:

* Материалы

* Основная заработная плата

* Дополнительная заработная плата

* Социальные налоги

* Расходы на служебные командировки

* Аренда помещений.

* Косвенные расходы.

Расчет затрат по каждой статье обычно проводят, в зависимости от имеющейся информационно-нормативной базы, нормативным или укрупненно - сравнительным методом.

Проведем расчет затрат нормативным методом.

1.Материалы.

К этой статье затрат относится стоимость всех материальных ресурсов, необходимых для успешного завершения разработки:

* основные материалы;

* вспомогательные материалы;

* покупные и комплектующие изделия.

Расчет затрат на материалы и комплектующие изделия ведется на основе договорных цен, установленных по действующим прейскурантам. Затраты на материалы сведены в таблицу 6.4.

Таблица 5.4

3. Основная заработная плата.

Для расчета основной заработной платы научных, предварительно осуществляется их среднедневной заработок

L_ср.дн.=L₀ /Fm,

L_ср.ч.= L_ср.дн. /Fh,

где L_ср.дн - среднедневная заработная плата, руб.;

L₀ - оклад за месяц, руб.;

Fm - месячный фонд времени (рабочие дни), Fm=21.8 дня.

Fh - часовой фонд времени (рабочие дни), Fh=8 часов.

Месячные оклады приведены в таблице 6.5.

Таблица 5.5

Категория	Оклад, руб	Lср.дн,руб	Lср.ч,руб
Инженер-электронщик	27000	1238	155
Инженер-технолог	35000	1605	200

Оклад за месяц в рублях взят из среднего оклада соответствующих инженеров по Москве.

Для дальнейший расчётов потребуется только заработная плата за месяц.

4. Дополнительная заработная плата.

Дополнительная заработная плата обычно принимается равной 15-20% от основной. В нашем случае она составляет 9300,00 р. (15%).

5. Социальные налоги.

Единый социальный налог составляет 35.6% от суммы основной заработной платы. В нашем случае эта сумма составляет 62000,00р, в свою очередь налог - 22072р. Отчисления на страхование от несчастного случая составляют 2% от суммы основной заработной платы. В нашем случае это 1240,00 р.

6. Расходы на служебные командировки.

В нашем случае данная статья расходов отсутствует.

8. Аренда помещений.

Площадь производственных помещений в нашем случае составляет 10 кв. метров. Аренда одного квадратного метра на сегодняшний день (июнь 2011г.) в Москве составляет в среднем 2350 руб на 1 кв. метр. Арендная плата за всё помещение 23500 руб. в месяц.

5.7 Расчет себестоимости производства единицы площади печатной платы

Ранее было установлено, что максимальная производительность общей площади печатных плат в день составляет 3*16=48 квадратных дециметров. Значит в месяц предприятие произведёт блок плат с площадью 1046,4 кв. дециметра. Теперь суммируем все затраты:

Таблица 5.6

Получаем себестоимость 1 кв. дециметра платы: 146,7р.

При уменьшении производительности предприятия себестоимость возрастает. См. график:

Рис. 5.3

Таблица 5.7

6.8 Список предприятий-конкурентов, которые предлагают услуги по изготовлению печатных плат

Изучения этого списка очень важно, потому что они устанавливают цену печатных плат и сроки их изготовления. Чтобы быть конкурентно-способным нужно предлагать не на много отличающиеся сроки и цены.

Таблица 5.8

В таблице 6.8 указана цена платы на единицу площади в 1 квадратный дециметр. Кроме того рассматриваем только 2-хсторонние платы. В большинстве случаев это самый оптимальный выбор числа слоёв, по цене. К тому же, схема любой сложности может быть разведена на плате с минимум 2-мя слоями.

На всех предприятиях существует подготовительный этап, связанный с созданием фотошаблона, его цена имеет цену на порядок превышающую производство штучной платы. Поэтому с ростом заказанных одинаковых плат, их цена асимтотически приближается к цене одной платы. (в среднем 120 рублей за квадратный дециметр). Производство же на станке ЧПУ не требует подготовительных этапов, плата изготавливается без фотошаблона, таким образом цена единицы площади не зависит от количества изготовляемых плат (в частности от кол-ва копий). Данное производство имеет преимущество для небольших заказов.

Сроки выполнения заказа.

В таблице указаны различные сроки, но по договорённости удаётся прийти к сроку 5 дней, без существенного повышения цен. Существуют также срочные заказы, плата выполняется за 1 сутки, при этом цена подготовительного этапа и цена самой платы увеличивается в 2 раза. По крайней мере не одно предприятие не берётся за изготовление платы со сроком менее 1 суток.

Как видно из таблицы лидером по себестоимости является компания РЕЗОНИТ. На их сайте указано, что срок изготовления платы может быть уменьшен до 1 суток, при этом цена подготовки и изготовления платы удваивается. Цена одной копии платы в таком случае составит 2580 руб. за кв. дм. Для упрощения будем считать что себестоимость продукции в 3 раза меньше, чем установленная предприятием на них цена. В таком случае себестоимость составит 860 руб.

Выводы

Серийное производство печатных плат 3-го класса точности, с помощью мехатронной системы разрабатываемой в рамках данного дипломного проекта является:

1. конкурентно-способным по себестоимости изготовления 147 руб. против 860 руб. у предприятия-конкурента РЕЗОНИТ. (лидера по отношению к другим предприятиям).

2. на порядок опережает по срокам изготовления: 1 час, 5 мин, против 24 часов у предприятия-конкурента РЕЗОНИТ.

Данные преимущества получены благодаря внедрению новой технологии: нанесение рисунка участков печатной платы свободных от меди путем снятия предварительно нанесенного лака в соответствующих местах с последующим травлением.

6. Охрана труда и экология

6.1 Анализ условий труда на рабочем месте инженера-электронщика на рабочем месте

Работы по анализу заказов и корректировке развозки печатных плат производиться в специализированных лабораториях или вычислительных центрах, оборудованных электронно-вычислительными машинами (ЭВМ) с специализированным программным обеспечением и компьютеризированным лабораторным оборудованием. Использование такого оборудования связано с воздействием ряда вредных факторов, таких как: излучение от дисплеев, шум от лабораторного оборудования, высокий уровень электромагнитного излучения и др.

Проанализируем основные вредные факторы, возникающие при проведении тестирования и корректировки файлов ПП в лаборатории или вычислительном центре (ВЦ) при работе на персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ).

6.1.1 Схема рабочего места

Здесь схематически изображена производственная площадь и оборудование. Кружками изображён обслуживающий персонал. Под номером 1 - инженер-электронщик, под номером 2 - инженер-технолог.

Рис. 1 Схема рабочего помещения.

Перечислим назначение всего выше обозначенного оборудования:

- верстак: используется для отрезки платы необходимого размера.

- стеллаж с фольгированным стеклотекстолитом: в нем хранятся заготовки фольгированного стеклотекстолита.

- стеллаж с изготовленными платами: сюда технолог помещает изготовленную плату, он находится ближе к выходу, чтобы было удобнее забрать платы.

- лабораторный столик: на нём располагается ванночки с цапонлаком и хлорным железом, а также необходимым оборудованием для приготовления раствора хлорного железа.

- вентиляция: располагается над лабораторным столиком, чтобы отводить вредные пары от цапонлака и раствора хлорного железа (не смотря на то что ванночки с этими химикатами плотно закрываются крышками).

- станок для шлифовки: станок в качестве инструмента имеет шлифовальный диск, по программе очищает поверхность платы от оксидной плёнки.

- станок для сверловки и создания контура рисунка: станок имеет один инструмент для выполнения этих 2-х операция.

- головной компьютер: управляет всеми станками, выдаёт информацию на информационный монитор, а также используется инженером-электронщиком для выполнения всех операция с заказом.

- информационный монитор: информирует инженера-технолога о статусе станков, о том какая заказ и операция выполняются, даёт подсказки к дальнейшим действиям технолога.

6.1.2 Основные нормативные документы

Нормативы СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 “Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы” и санитарно-эпидемиологические правила в редакции СанПиН 2.2.2/2.4.2198-07. “Изменение № 1 к СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03” от 1 июля 2007 года. Которые соответствуют требованиям ГОСТ Р 50948-96 и регламентируют организацию рабочего места и условий труда оператора ПЭВМ.

6.1.3 Инструкции по аттестации рабочего места

Правила по обеспечению охраны труда являются обязательными для всех современных предприятий, вне зависимости от рода деятельности и масштабов организации. Охрана труда представляет собой систему по социально-экономическим, правовым, организационно-техническим, реабилитационным, профилактическим и санитарно-гигиеническим мероприятиям, направленным на обеспечение безопасности здоровья и жизни сотрудников во время нахождения на рабочем месте.

Охрана труда на производстве представляет собой один из важнейших аспектов деятельности любой компании и должна обеспечиваться на высочайшем уровне. Для учета всех нюансов необходимо обращаться исключительно в профильные, аккредитованные организации, обладающие достаточным опытом, а также производственной базой.

Наличие эффективной системы управления охраной труда является необходимым условием для полноценного функционирования любой компании, поскольку позволяет осуществлять управление рисками в данной области. Согласно законодательству все работы по обеспечению охраны труда должны выполняться непосредственно работодателем. Впрочем, любая организация может возложить данные обязанности на сторонние компании, которые обладают соответствующей аккредитацией.

Охрана труда на предприятии подразумевает обязательное ознакомление рабочего персонала с подобными документами и их неукоснительное выполнение. Нарушение правил содержащихся в данных инструкциях приравнивается к нарушениям трудовой дисциплины.

Кроме того, по требованию заказчика, наша компания может провести комплексный анализ организации, для проведения полного цикла разработки системы управления охраны труда.

Процедура аттестации рабочих мест представляет собой оценку условий трудовой деятельности на каждом отдельном рабочем месте. Это позволяет определить наличие опасных и вредных факторов, которые могут повлиять на здоровье и жизнь сотрудников компании. Кроме того аттестация рабочих мест подразумевает осуществление комплексных мероприятий по исправлению выявленных недочетов для приведения рабочих мест в состояние, удовлетворяющее современным нормам законодательства в области охраны труда. Проведение аттестации рабочих мест должно осуществляться всеми организациями не реже чем раз в 5 лет.

Аттестация рабочих мест проводится вне зависимости от характера деятельности организации. Отсутствие предполагаемых вредных факторов в производственном процессе не является достаточным основанием для отказа от проведения аттестации. Несоблюдение норм законодательства в данном вопросе может привести к приостановлению деятельности компании на срок до 3 месяцев или штраф от 30 до 50 тысяч рублей.

6.1.4 Вредные воздействия при работе с компьютером

1. Загрязнение воздуха вредными веществами, пылью, микроорганизмами и положительными аэроионами.

2. Несоответствие нормам параметров микроклимата.

3. Возникновение на экране монитора статистических зарядов, заставляющих частички пыли двигаться к ближайшему заземлённому предмету, часто им оказывается лицо оператора.

4. Повышенный уровень шума на рабочем месте.

5. Повышенный уровень статистического электричества при неправильно запроектированной рабочей зоне.

6. Опасный уровень напряжения в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека.

7. Широкий спектр излучения от дисплея, который включает рентгенов скую, ультрафиолетовую и инфракрасную области, а также широкий диапазон электромагнитных излучений других частот.

8. Повышенный уровень электромагнитных излучений.

9. Повышенный уровень ионизирующих излучений (мягкое рентгеновское, гамма-излучение).

10. Отсутствие или недостаток естественного света.

11. Недостаточная освещенность рабочей зоны.

12. Повышенная яркость света.

13. Пониженная контрастность.

14. Прямая и обратная блёсткость.

15. Повышенная пульсация светового потока (мерцание изображения).

16. Длительное пребывание в одном и том же положении и повторение одних и тех же движений приводит к синдрому длительных статических нагрузок (СДСН).

17. Нерациональная организация рабочего места.

18. Несоответствие эргономических характеристик оборудования нормируемым величинам.

19. Умственное перенапряжение, которое обусловлено характером решаемых задач приводит к синдрому длительных психологических нагрузок (СДПН).

20. Большой объем перерабатываемой информации приводит к значительным нагрузкам на органы зрения.

21. Монотонность труда.

22. Нервно-психические нагрузки.

23. Нервно-эмоциональные стрессовые нагрузки.

24. Опасность возникновения пожара.

Остановимся подробнее на недостаточной освещенности рабочей зоны помещения, где установлены ПЭВМ, а также на влиянии повышенной яркости света, пониженной контрастности, прямой и обратной блёсткости и повышенной пульсации светового потока.

При работе на ПЭВМ органы зрения пользователя выдерживают большую нагрузку с одновременным постоянным напряженным характером труда, что приводит к нарушению функционального состояния зрительного анализатора и центральной нервной системы.

Нарушение функционального состояния зрительного анализатора проявляется в снижении остроты зрения, устойчивости ясного видения, аккомодации, электрической чувствительности и лабильности.

Причинами нарушения функционального состояния зрительного анализатора являются:

- постоянная переадаптация органов зрения в условиях наличия в поле зрения объекта различения и фона различной яркости;

- недостаточная четкость и контрастность изображения на экране;

- строчность воспринимаемой информации;

- постоянные яркостные мелькания;

- наличие ярких пятен на клавиатуре и экране за счет отражения светового потока;

- большая разница между яркостью рабочей поверхности и яркостью окружающих предметов, наличие равноудаленных предметов;

- невысокое качество исходной информации на бумаге;

- неравномерная и недостаточная освещенность на рабочем месте. Наряду с перечисленными общепринятыми особенностями работы пользователя на рабочем месте ПЭВМ существуют особенности восприятия информации с экрана монитора.

6.1.5 Шум

Шум звукового диапазона приводит к снижению внимания и увеличению ошибок при выполнении различных видов работ. Шум замедляет реакцию человека на поступающие от технических устройств сигналы. Шум угнетает центральную нервную систему (ЦНС), вызывает изменения скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, язвы желудка, гипертонической болезни. При воздействии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при ещё более высоких (более 160 дБ) и смерть.

Предельно допустимые уровни шума на рабочих местах установлены с учетом тяжести и напряженности трудовой деятельности (согласно табл. 1 СН 2.2.4./2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых и общественных зданий и территории жилой застройки»). В табл. 2 СН 2.2.4/2.1.8.562-96 представлены ПДУ шума для основных наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест, разработанные с учетом категорий тяжести и напряженности трудового процесса.

Для конструкторской работы предельно допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука для основных наиболее типичных видов трудовой деятельности и рабочих мест представлены в таблице 4.1.

Таблица 6.1.2.1 Предельно допустимые уровни звукового давления, уровни звука и эквивалентные уровни звука.

Вид трудовой деятельности, рабочее место	Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц	Уровни звука, эквивалентные уровни звука, дБА
	31,5	63	125	250	500	1000	2000	4000	8000
Научная деятельность, конструирование и проектирование. Рабочие места проектно-конструкторских бюро, расчетчиков	86	71	61	54	49	45	42	40	38	50

Уровень шума современного ПК составляет 35…50 дБА. Примем шум от одного компьютера, используемого для выполнения конструкторских задач, равным на уровне 45 дБА.

Дополнительными источниками шума являются шум с улицы

(45 дБА) и шум кондиционера - 26…36 дБА.

Суммарный уровень шума от 1 компьютера, установленного в помещении, внешнего шума с улицы и кондиционера:

.

Делаем вывод, что уровень шума находится в переделах ПДУ. Следовательно, рабочее место инженера-конструктора можно отнести к вредному классу условий труда 2.

6.1.6 Влияние микроклимата

Оптимальные микроклиматические условия установлены по критериям оптимального теплового и функционального состояния человека. Они обеспечивают общее и локальное ощущение теплового комфорта при минимальном напряжении механизмов терморегуляции, не вызывают отклонений в состоянии здоровья, создают предпосылки для высокого уровня работоспособности и являются предпочтительными на рабочих местах.

При продолжительной работе ЭВМ и их периферийного оборудования на рабочих местах происходит выделение тепла. Перегрев окружающей среды неблагоприятно сказывается на человеке.

Относительная влажность, входящая в понятие эффективной температуры, кроме того, также оказывает существенное влияние на человека. Так, например, очень высокая относительная влажность воздуха приводит к перегреву организма, а слишком низкая вызывает ощущение сухости слизистых оболочек верхних дыхательных путей. Оптимальные величины относительной влажности лежат в пределах 40...60.

Скорость движения воздуха не должна превышать 0,1 м/с при температуре 21..25 °С в холодный и теплый период года и относительной влажности воздуха 40..60%.

Для поддержания допустимых параметров микроклимата помещение должно быть оснащено системой отопления и кондиционирования воздуха. Для отопления помещений используются системы центрального отопления. Температура на поверхности нагревательных приборов не должна превышать 95 °С, чтобы исключить пригорание пыли.

Температура, влажность, скорость движения воздуха на рабочем месте инженера должны соответствовать приведенным в таблице 4.2.

Таблица 6.1.3.1 Температура, влажность, скорость движения воздуха на рабочем месте инженера.

Период года	Категория работ	Температура воздуха, °С	Относительная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с
Холодный	Ia	22-24	60-40	0,1
	Iб	21-23	60-40	0,1
Теплый	Ia	23-25	60-40	0,1
	Iб	22-24	60-40	0,1

Категории работ разграничиваются на основе интенсивности энергозатрат организма в ккал/ч (Вт).

К категории Iа относятся работы с интенсивностью энергозатрат до 120 ккал/ч (до 139 Вт), производимые сидя и сопровождающиеся незначительным физическим напряжением (ряд профессий на предприятиях точного приборо- и машиностроения, на часовом, швейном производствах, в сфере управления и т.п.).

К категории Iб относятся работы с интенсивностью энергозатрат 121 - 150 ккал/ч (140 - 174 Вт), производимые сидя, стоя или связанные с ходьбой и сопровождающиеся некоторым физическим напряжением (ряд профессий в полиграфической промышленности, на предприятиях связи, контролеры, мастера в различных видах производства и т.п.).

Во всех помещениях должна быть естественная механическая или смешанная вентиляция. Необходимы устройства кондиционирования воздуха.

Кондиционирование обеспечивает:

– очистку воздуха от пыли и вредных паров и газов;

– небольшое избыточное давления для исключения поступления загрязненного воздуха;

– автоматическое поддержание температуры и относительной влажности воздуха.

Таким образом, поддержание температуры и относительной влажности воздуха в соответствующих пределах посредством системы централизованного отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха позволяют обеспечить производственный микроклимат, соответствующий допустимому классу условий труда 2.

6.1.7 Световая среда

При любом типе освещения необходимо следить за равномерностью освещения рабочего места. В противном случае, при неравномерном освещении, перевод взгляда с более освещенного участка на менее освещенный, или наоборот, будет вызывать у пользователя сужение и расширение зрачка. Это приводит к напряжению глазных мышц и общей усталости.

Освещение в помещении является смешанным (естественным и искусственным). Искусственное освещение следует осуществлять в виде комбинированной системы освещения (общее и местное освещения рабочего места) с использованием люминесцентных источников света. Величина освещенности при искусственном освещении люминесцентными лампами должна быть в горизонтальной плоскости не ниже 300 лк - для системы общего освещения и не ниже 750 лк - для системы комбинированного освещения (СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03).

Естественное освещение должно осуществляться через световые проемы, ориентированные преимущественно на север и северо-восток и обеспечивать КЕО не ниже 1.2% в зонах с устойчивым снежным покровом, и не ниже 1.5 % на остальной территории. Во всех рабочих помещениях должно быть достаточный количество естественного света, оборудование размещается перпендикулярно к окну, свет на оператора должен падать с левой стороны.

Для внутренней отделки интерьера помещения должны использоваться диффузно-отражающие материалы, с коэффициентом отражения для потолка- 0.7 - 0.8; для стен 0.5 - 0.6; для пола 0.3-0.5.

Искусственное освещение в помещениях эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В случаях преимущественной работы с документами, допускается применение системы комбинированного освещения. Освещенность на поверхности стола должна быть 300-500 лк. Местное освещение не должно создавать бликов на поверхности и увеличивать освещенность экрана более 300 лк.

Следует ограничить прямую блесткость, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильников и др.), находящихся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/кв.м. Также накладывается ограничения на отраженную блесткость, при этом яркость бликов на экране ПЭВМ не должна превышать 200 кд/кв.м. Ограничиваются неравномерность распределения яркости, при этом отношение яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3:1-5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стени оборудования 10:1.

В качестве источников света при искусственном освещении должны применяться преимущественно люминесцентные лампы. Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения.

Рабочие ряды и стены необходимо равномерно освещать, без бликов, желательно располагать ряды светильников параллельно стене со световыми проемами. При таком расположении в поле зрения попадают и просматриваются по длине 1-2 ряда осветительных приборов. При поперечном расположении рядов осветительных приборов в поле зрения попадает очень много поперечных полос, которые из-за чередования света и тени возбуждают и раздражают глаз.

При освещении люминесцентными лампами должны быть предприняты меры для уменьшения пульсации светового потока.

Коэффициент пульсации не должен превышать 5 %.

Для этого применяются следующие методы:

включение соседних светильников на различные фазы сети переменного тока поочередно;

включение части ламп по схеме опережающего тока;

включение ламп в многоламповых светильниках на разные фазы сети;

питание ламп переменным током повышенной частоты (от генераторов 400 Гц).

Вывод: в помещении конструкторского отдела должно быть реализовано смешанное освещение.

Правильное расположение системы искусственного освещения снижает нагрузку на глаза сотрудника, класс условий труда является допустимым.

6.1.8 Неионизирующее электромагнитные поля и излучения

При работе с ПЭВМ оператор подвергается воздействию электромагнитного поля (ЭМП). При длительном воздействии электромагнитных полей на человека возникает тепловой эффект - организм не в состоянии отвести тепло, полученное в результате воздействия электромагнитных полей. Наиболее уязвимыми являются органы, содержащие много воды: глаза, почки и т.д. Так же электромагнитные поля действуют на клеточном уровне. Поэтому СанПиН 2.2.4.1191-03 устанавливает допустимые уровни ЭМП на рабочих местах персонала, работающих в помещениях с источниками ЭМП.

...