Диплом. Обоснование выбора датчиков проектируемого прибора
 Скачать 2.23 Mb.
|
Принцип работы электрической схемы проектируемого прибора.Прибор работает следующим образом. С датчика вращения идет постоянное количество импульсов, которое необходимо подсчитать, поступают на вывод порта P3.4 микроконтроллера, который связан с встроенным таймером-счетчиком, где и происходит суммирование импульсов. Количество импульсов пропорционально относительному удлинению образца. С датчика усилия динамометра сигналы поступают на выводы портов P3.2 и P3.3. Сбор информации с помощью двух каналов необходим для определения знака кванта усилия (минимальной величины, которую может почувствовать прибор). Сигнал с фотодиода VD2 усиливается транзистором VT2 и поступает на фильтр низких частот, сконструированный на элементах С2 и R6. Далее сигнал поступает на логический элемент DD1.3, где происходит модуляция сигнала. Затем сигнал поступает в фильтр высоких частот, построенный на элементах VD3, C3, R7. На диоде VD3 происходит демодуляция сигнала, а на элементах С3 и R7 его фильтрация. Потом сигнал снова модулируется на DD1.4 и идет на порт Р3.2 микроконтроллера DD3. Все остальные каналы схемы работают аналогично первому. Выдача данных на порт последовательного интерфейса производится в том случае, если произошло изменение на датчике на один квант или произошло переполнение таймера-счетчика, данные с которого необходимо сохранить, т.к. в противном случае они будут утеряны. Дальнейшая обработка данных и представление их в удобном для пользователя виде, производится на ЭВМ. Передача сигнала с микроконтроллера и его преобразование из ТТЛ-уровня в уровень работы интерфейса происходит через микросхему марки MAX3232EPE, включенную по типовой схеме, рекомендованной фирмой производителем, и выдается на типовой разъем порта RS-232. Кварцевый резонатор ZQ1 является элементом типовой схемы микроконтроллера, его частоту принимаем равной 12 МГц, т.е. время выполнения одной команды получается 1мкс, что очень удобно при подсчете. Получается целое число циклов. Блок индикации работает следующим образом. На выходе порта Р1.0 сигнал в виде тока, если он есть, усиливается транзистором VT4, величины которого достаточно для зажигания светодиода VD8 красного цвета. Блок сброса работает следующим образом. Вначале работы, при включении прибора, происходит зарядка конденсатора С11 через резистор R19, в результате микроконтроллером через порт RST воспринимается уровень логической единицы и происходит обнуление счетчика. Когда конденсатор С11 зарядится, через резистор R19 перестает перестает бежать ток и микроконтроллером воспринимается уже уровень логического нуля, и происходит запуск таймера-счетчика. При необходимости сброса производится нажатие кнопки SB1, в результате чего конденсатор С11, заряженный в начале работы, разряжается через резистор R19 и на выводе порта RST формируется уровень логической единицы, чем и вызывается сброс. После этого он снова заряжается и по вышеописанному принципу вызывает запуск таймера-счетчика. Элементы монтажа датчиков и прибора.Датчики выполнены на небольших печатных платах. Каждый датчик имеет свой корпус (рис.18). Через выводы с помощью монтажного провода, датчики соединяются с микроконтроллером, установленным также на отдельной печатной плате вместе с элементами блоков индикации и сброса, микросхемой преобразования уровней. Далее провод с этой части прибора идет на порт RS-232. Все соединительные провода крепятся к корпусу стенда с условием, чтобы они не пересекали и не находились в близи вращающихся частей. С  хема крепления и места расположения датчиков на стенде показаны на рисунке 19. Рис. 18 Эскиз корпуса датчика прибора.  Рис. 19 Схема лабораторного стенда по определению разрывного усилия и относительного удлинения образца полимера. 1 - образец; 2 - корпус; 3 - цепь; 4 - стрелка; 5- шкала; 6 -шкив; 7 - электродвигатель; 8 – винтовые зажимы; 9 – печатная плата; 10 - ЭВМ; 11 – блок питания; 12 – коробка передач; 13 – оптопара; 14 – корпус датчиков;15 – сектор и шкала с прозрачными и непрозрачными полосками. Экономическая часть.Научно-технический прогресс невозможен без усовершенствования и модернизации оборудования, технологии. Поэтому так необходимо делать инвестиции в область научных исследований и экспериментов. Также надо отметить, что научно исследовательские работы и всевозможные разработки играют очень важную роль в получении профессиональных навыков у студентов, а, следовательно, и появление грамотных специалистов на рынке труда. Исследование механических характеристик полимеров очень важно для получения качественной изоляции, а в результате и кабеля. Разработанные датчики будут устанавливаться на разрывную машину, что позволит увеличить точность исследуемых характеристик, и, следовательно, можно будет говорить о поведении исследуемого полимера в определенных условиях эксплуатации. Ниже приводится расчет себестоимости разработанных датчиков для лабораторного стенда изготовленных, к примеру, на промышленном предприятии “Камкабель” в цехе нестандартного оборудования. Проектирование осуществляется на малом предприятии, специализирующимся на проектировании и разработке электронных приборов, на базе конструкторского бюро силами отдела. Также в этом разделе приводится расчет графика системы сетевого планирования и управления (СПУ) по созданию этих датчиков. Себестоимость изделия складывается из следующих затрат:
Стоимость материалов и элементов, из которых изготовлен прибор, включает в себя:
Стоимость прибора рассчитываем по оптовым ценам. Сприб.=  См–в + Сэл–в,где Смат-ов – стоимость материалов, включает в себя стоимости спецпроволоки (припой + канифоль), монтажного провода, основы для печатной платы, листового пластика, из которого выполняется корпус прибора, крепежных материалов и стоимости клея. Сэл-в – стоимость элементов, радиодеталей и компонентов, необходимых для функционирования прибора (таблица 2). Количество клея нужного для склеивания корпуса составляет около 100гр. по цене 100рубза 1 кг. (Скл.) Для электрического соединения отдельных частей прибора и самого прибора с компьютером необходимо 7м монтажного провода по цене 10руб за 1м. (См.п.) Для электрического монтажа необходимо израсходовать 0,5м спецпроволоки по цене 50руб за1м. (Сс.п.) Основа под печатную плату представляет собой диэлектрическую пластину со сделанными в ней гнездами, что очень удобно для паяния. Цена такой пластины составляет около 60руб. (Сос.) На изготовление корпуса прибора необходим лист пластика размером 300*300мм(0,09м2), цена за 1 м2 пластика составляет 70руб. (Спл.) Стоимость крепежного материала включает в себя стоимость болтов. Израсходовано 100гр болтов М3*8, стоимостью 15руб за 100гр. (Искр.) Тогда стоимость материалов необходимых для изготовления прибора будет следующей: Смат=См.п.+Сс.п.+Сос.+Спл.+Скр.+Скл.= 7*10+0,5*50+60+0,09*70+15+0,1*100=186,3 руб. Стоимость радиодеталей и компонентов приведена в таблице 9. Перечень компонентов Таблица 9
Стоимость прибора будет равна: Сприб.= См–в+Сэл–в=186,3+518,32 =705,62 руб.Стоимость проектирования и изготовления прибора. В стоимость проектирования рассчитывается в соответствии с источниками [21,22] и в нее входят следующие затраты:
Затраты на оплату труда по проектированию находится по формуле:  ,где Ом= 1000 руб. – месячный оклад инженера–конструктора; Тф= 167 часа – рабочее время необходимое для:
Тм= 22 – среднее число рабочих дней в месяц; Тср= 8ч – средняя продолжительность рабочего дня.  Теперь на зарплату проектировщикам необходимо произвести отчисления и доплаты, что входит в себестоимость стенда (таблица 2). Амортизационные отчисления. Т.к. в процессе проектирования использовалась вычислительная машина, то на неё необходимо сделать амортизационные отчисления. Они считаются по следующей формуле:  Ц=10000руб.-цена компьютера; Зр=20% от Ц- затраты на ремонт; Ч=30ч- время необходимое для работы на компьютере; Г=5лет- срок амортизации; М=12мес- количество месяцев в году; Д=22см- среднее количество смен в месяц; См=8ч - средняя продолжительность смены; Вр=20% отМ*Д*См – время необходимое на ремонт компьютера.  Затраты на электроэнергию, потребляемую ПЭВМ рассчитаем по формуле: Зэл.эн.=P*t*Ц, где Р=160 Вт – потребляемая мощность (монитор-85 Вт; процессор-75 Вт); t=30ч – время работы; Ц=0,32 руб. –цена 1кВт*ч. Зэл.энПВЭМ.=160*10-3*30*0,32=1,536руб. Затраты на электроэнергию, потребляемую светильниками освещения, вычислим по следующей формуле: Зосв.=n*P*t*Ц/nк, где n=10- количество ламп в кабинете; P=40 Вт- мощность лампы; t=30ч – время работы; Ц=0,32руб. –цена 1кВт*ч; nк=3шт - количество компьютеров в кабинете. Тогда, Зосв.=10*40*10-3*30*0,32/3=1,28руб. Всего затрат на электроэнергию: Зэл.эн.=1,536+1,28=2,816руб. Накладные расходы, затраты на амортизацию и электроэнергию приведены в таблице 10. Структура себестоимости проектирования Таблица 10  Калткуляция себестоимости изготовления рассчитывается в соответствии с источниками [23,24]. Затраты по оплате труда на изготовление прибора: Сизг= ТчТф, где Тч– тариф рабочего: монтажница– 5 руб/ч; слесарь–электрик– 6,5 руб/ч; электромонтер– 6 руб/ч; Тф – рабочее время, необходимое для изготовления прибора: монтажница–28ч; слесарь–электрик– 28ч; электромонтер– 21ч. Сизг= 528+6,528+621=448 руб. Теперь на стоимость изготовления необходимо произвести отчисления и доплаты, что входит в себестоимость стенда (таблица 11). Структура себестоимости изготовления Таблица 11  Т.о. полная стоимость прибора будет равна: Спр=5051,84+6634,63=11686,47 руб. Так как прибор изготавливается в единственном экземпляре, то себестоимость получается очень большая. Сетевой график. СПУ (система сетевого планирования и управления) является комплектом графических и расчетных методов, организационных мероприятий и контрольных приёмов, обеспечивающих моделирование, анализ и динамическую перестройку плана выполнения сложных проектов и разработок. В основу системы СПУ положена модель, описывающая объект управления в виде сетевого графика. Благодаря этому система и получила свое название - система сетевого планирования и управления. Сетевой график по сравнению с ленточным (все еще широко применяемым) имеет ряд преимуществ, в частности: на нем широко просматриваются взаимосвязи между работами; в график легко вводятся ранее не предусмотренные работы; на графике может быть легко выявлена технологическая последовательность работ, которая определяет конечные сроки всей разработки - критический путь; по сетевому графику можно определять резервы времени работ, не лежащих на критическом пути, что позволяет наиболее рационально перераспределять наличные людские, материальные и финансовые ресурсы; этот график дает возможность оптимизировать план предстоящих работ.[19,20] Сетевой график (сеть) представляет собой план работ по созданию сначала промежуточной продукции с определенной степенью готовности, а в конце - полному его завершению, т.е. достижению конечной цели. Наиболее распространенный способ изображения плана работ - это сетевой график в терминах работ и событий. Здесь требуется разработать план выполнения работ по созданию прибора в виде сетевого графика на основе перечня работ и трудоемкости их выполнения, приведенных в табл. 12, гр. 1, 3-6. Произвести расчет продолжительности каждой работы (i - j) исходя из заданной трудоемкости и установленной численности (см. табл. 12, гр. 5 и 6); построить сетевой график на данный комплекс работ; закодировать построенный график; рассчитать параметры данного графика (наиболее ранние и наиболее поздние сроки свершения событий; наиболее ранние и наиболее поздние сроки начала и окончания работ; общие и частные резервы времени работ; продолжительность критического пути). Перечень работ Таблица 12
Решение:
t(i-j) =(T(i-j) )/( Ч(i-j)Kв ), где T(i-j) - трудоемкость работы (i-j), чел.-недель; Ч(i-j)- численность исполнителей работы (i-j) чел.; Кв - коэффициент выполнения норм времени (принимается равным 1). Подставив в формулу t(i-j) соответствующие данные по первой работе из табл. 1, получим t(0-1) =( 2 )/( 21 )=1 недели Аналогично производим расчеты по всем остальным работам, результаты заносим в графе7 табл. 12. 2. Построение сетевого графика осуществляется на основании данных, приведенных в графах 1, 3 и 4 табл. 12 и на рис. 20. 3. Кодирование сетевого графика выполняется следующим образом. Коды событий проставляются в возрастающем порядке от i до j (см. рис. 20), а также в графе 2 табл. 12. 4. Расчет параметров сетевого графика. Для пояснения методики расчета рассмотрим два метода: 1) расчет параметров сетевого графика на самом графике; 2) табличный метод расчета. Первый метод предусматривает расчет следующих параметров:
 Для расчета параметров сетевого графика по первому методу все события (кружки) делятся на четыре сектора (см. рис. 20). В верхних секторах проставляют коды событий. В левые секторы в процессе расчета вписывают наиболее ранние сроки свершения событий ( tрi ), а в правые – наиболее поздние сроки свершения событий ( tni ). В нижних секторах проставляют календарные даты или резервы событий ( Ri ). Расчет наиболее ранних сроков свершения событий ведется слева направо, начиная с исходного события и заканчивая завершающим событием. Ранний срок свершения исходного события принимается равным нулю ( tрi = 0 ). Ранний срок свершения j-го события определяется суммированием продолжительности работы ( t(i-j) ), ведущей к j-му событию, и раннего срока предшествующего ему i-го события [ tpj = tpi + t(i-j) ]. Это при условии, если в j-е событие входит одна работа (например, для события №2 tp2 = 1+1,5 = 2,5), а если j-му событию предшествует несколько работ, то определяют ранние сроки выполнения каждой работы и из них выбирают максимальный по абсолютной величине и записывают в левом секторе события [tpj = mах tpo (i-j) ]. Например, tр.о.(3-4)= 1+2,5 =3,5; tр.о.(1-4)= 1+1,5 =2,5. Из этих значений выбирают максимальное – 2,5 и вписывают в левый сектор события № 4. Аналогично расчет ведется до завершающего события. Расчет наиболее поздних сроков свершения событий ведется справа налево, начиная с завершающего события и заканчивая исходным. Поздний срок свершения завершающего события принимается равным раннему сроку этого события ( tnj = tpj ). Например, tn11 = tp11 = 23. Это значение записывают в правый сектор события. Наиболее поздний срок свершения i-го события определяется как разность между сроком последующего j-го события, записанным в правом секторе, и продолжительностью работы, ведущей из i-го события к j-му событию, т.е. tni = tnj - t(i-j). Это значение вписывают в правый сектор i-го события, если из этого события выходит одна работа, а если из i-го события выходит несколько работ, то выбирают минимальное значение и записывают в правый сектор i-го события, это и будет поздним сроком свершения i-го события. Например, из события № 9 выходят две работы с поздними сроками свершения событий: tп.н(9-10)= 20-2 = 18; tп.н.(9-11)= 22-1 =21. Из двух значений выбирают минимальное, равное 18, и вписывают его в правый сектор события № 9. Аналогично расчет ведется до исходного события.. Расчет резервов времени на свершение событий. Резерв времени i-го события определяется непосредственно на сетевом графике вычитанием величины раннего срока свершения i-го события из величины позднего срока свершения i-го события ( Ri = tni – tpi ). Следует отметить, что все события, которые не имеют резервов времени, лежат на критическом пути, однако этого недостаточно, чтобы выделить работы, находящиеся на критическом пути. Например, несмотря на то, что у работы (1-4) ранние и поздние сроки свершения событий равны, она не лежит на критическом пути. Для выделения критических работ необходимо, чтобы tpj – tpi = t(i-j). Например, для работы (5-7): 13,5 -7 = 6,5, а t(5-6) = 2,5, следовательно, данная работа имеет резерв и потому не является критической. Критический путь проходит по работам (0-1), (1-2), (2-3), (3-4), (4-5), (5-6), (6-7) , (7-8) , (8-9), (9-10) , (10-11),(11-12). Второй метод расчета параметров сетевого графика (табличный) предусматривает расчет следующих параметров:
Все указанные параметры сетевого графика определяются в табличной форме (табл. 13). Таблица 13 Расчёт параметров сетевого графика табличным методом
Расчет параметров сетевого графика начинают с заполнения первых трех граф таблицы. В графах 1 и 2 записывают коды событий, строго по их возрастанию, а в графе 3 проставляют продолжительность выполнения работ. Далее рассчитывают наиболее ранние сроки начала и окончания работ (см. табл. 4, гр. 4 и 5). Расчет ведется сверху вниз. Для работ, опирающихся на исходное событие, наиболее раннее начало принимают равным нулю ( tр.н.(i-j) )=0 и проставляют в гр. 4 табл. 13. Ранний срок окончания работ получается в результате сложения tр.н.(i-j) и t(i-j) в каждой строке [tр.о.(i-j) = tр.н.(i-j) + t(i-j)]. Полученный результат записывают в гр.5 табл. 13. Для определения раннего срока начала последующих работ в вышерасположенных строках таблицы находится обозначение работы, у которой последующее событие j имеет номер предыдущего события i рассчитываемой работы, и значение tр.о.(i-j) из этой строки (гр. 5) переносят в гр. 4 tр.н.(i-j) строки рассчитываемой работы. Если начальному событию рассматриваемой работы предшествует несколько работ, то в качестве tр.н.(i-j) выбирают наибольшее значение [tр.н.(i-j)=max tр.о.(i-j)]. Например, tр.н.(7-8)=13,5, так как работе (7-8) предшествуют две работы: (5-7), (6-7), из которых работа (6-7) имеет максимальное раннее окончание, равное 13,5, а работа (5-7) соответственно имеет tр.о.(i-j), равное 11. Расчет наиболее поздних сроков начала и окончания работ ведется снизу вверх в гр. 6 и 7 табл. 13. Для завершающего события наиболее ранний срок свершения равен наиболее позднему сроку и равен продолжительности критического пути, т.е. tр.о.(j-k) = tп.o.(j-k) = tкр. Для нашего случая tр.о.(10-11) = tп.о.(10-11) =23. Это значение записывают в гр. 7 табл.13. Позднее начало определяется как разность между tп.о.(i-j) и ее продолжительностью, т.е. tп.н.(i-j) = tп.о.(i-j) - t(i-j). Позднее окончание для каждой работы (i-j) определяется путем отыскания поздних начал работ - последующих за данной работой. Если за ней следует одна работа, то tп.н.(i-j) будет являться tп.о.(i-j) для рассматриваемой работы и ее значение из гр. 6 переносят в гр. 7 табл. 13. Например, данная работа (9-10), за ней следует одна работа (10-11), у которой tп.н.(10-11) = 20, следовательно, tп.о.(9-10)= 20. Если за данной работой следует несколько работ, то выбирают минимальное значение позднего их начала. Например, за работой (5-7) следуют две работы: (7-8) и (7-9), т.е. tп.н.(7-8) = 13,5 и tп.н.(7-9) = 15,5. Выбирают минимальное значение, равное 13,5, и переносят из гр. 6 в гр.7 для работы (5-7), т.е. tп.о.(5-7) = 13,5. Полный (общий) резерв времени работы (i-j) определяют как разность между наиболее поздним (гр. 7) и наиболее ранним (гр. 5) окончанием работы (i-j), а результат записывают в гр. 8 табл. 2. Например, R(1-9)=tп.о.(1-9)-tр.о.(1-9)= 18-6=12. Расчет частных резервов времени работы (i-j) ведется в табличной форме снизу вверх с использованием формул для определения частного резерва времени первого вида (результат записывают в гр. 10 табл. 13) r’(i-j)= tп.о.(i-j)- tп.о.(h-i)- tп.о.(i-j) Например, r’(10-11)= 23-22-1=0. Частный резерв времени второго вида рассчитывается по формуле (результат заносят в гр. 9 табл. 4) r’’(i-j)= tр.н.(j-k)- tр.о.(i-j) Например, r’’(4-6)= 13,5-11=2,5. 5. Оптимизация сетевого графика по параметру "время-ресурсы". Эта оптимизация производится эвристическим методом. Сначала график оптимизируют по параметру "время", а затем, если он удовлетворяет длительности критического пути, по ресурсам (людским, материальным и др.). По параметру "время" существует несколько способов приведения графика в соответствие с заданными сроками, например, пересмотр топологии сети, сокращение продолжительности работ, лежащих на критическом пути, и др. В нашем случае tкр = 23 дня устраивает разработчика, и график пока не оптимизируется по параметру "время". Оптимизация сетевого графика по параметру “людские ресурсы” сводится к расчету численности исполнителей по календарным периодам и приведению ее к заданным ограничениям. Для этого сетевой график наносят на календарную сетку (рис. 21), при этом работы изображаются стрелками в масштабе времени их свершения по наиболее ранним срокам, а резервы времени работ (частные резервы времени работ второго вида) изображают пунктирными линиями со стрелкой. После построения графика в масштабе времени над стрелками (работами) проставляют числа исполнителей, которые затем суммируют по календарным периодам, и результаты сравнивают с располагаемой численностью. Под сетевым графиком строят график загрузки людских ресурсов по плановым периодам. Если расчетные числа превышают располагаемую численность исполнителей в каком-либо периоде, то начало работ сдвигают на более ранние или более поздние сроки в пределах имеющихся резервов времени выполнения работ с таким расчетом, чтобы сумма людских ресурсов по календарным периодам не превышала наличную численность работников. В нашем случае оптимизация людских ресурсов не производится, т.к. все этапы работ производятся разными специалистами и в большинстве случаев последовательно.  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||