close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Larin1 03E048C180

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИБОРОВ
И ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Методические указания
Составитель: В. П. Ларин
Рецензент: канд. техн. наук, доцент В. Г. Никитин
Основной целью данного издания, является обеспечение практической составляющей системотехнической конструкторско-технологической подготовки студентов инженерных направлений и специальностей.
Изложены методические указания и рекомендации для выполнения технологических курсовых проектов, предусмотренных учебными планами направлений 11.03.03, 12.03.01, 12.03.05 и специальности 24.05.06. Предназначен для выполнения комплексных
конструкторско-технологических курсовых проектов (направление
12.03.04 и специальность 11.05.01) при решении технологических
задач, указанных руководителем курсового проектирования в задании.
Материал полностью обеспечивает решение всех задач технологического проектирования при выполнении выпускных квалификационных проектов бакалавров направлений 09.03.01, 11.03.01,
11.03.02, 11.03.03, 12.03.01, 12.03.04, 12.03.05, 13.03.02 и специалистов специальностей 11.05.01, 24.05.06 всех форм подготовки.
Согласовано с конструкторскими практикумами кафедры в части
терминологии, последовательности решения задач и их содержания
при комплексном выполнении единого конструкторско-технологического задания.
Отдельные разделы данного издания могут быть использованы в
дисциплинах магистерской подготовки по на-правлениям 11.04.03,
11.04.04, 12.04.01, 12.04.05.
Публикуется в авторской редакции
Компьютерная верстка А. Н. Колешко
Сдано в набор 01.11.18. Подписано к печати 15.11.18. Формат 60 × 84 1/16.
Усл. печ. л. 10,3. Тираж 50 экз. Заказ № 499.
Редакционно-издательский центр ГУАП
190000, Санкт-Петербург, Б. Морская ул., 67
© Санкт-Петербургский государственный
университет аэрокосмического
приборостроения, 2018
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
КП – курсовой проект
ВКР – выпускная квалификационная работа
КТП – конструкторско-технологическое проектирование
МУ – методические указания
ПЗ – пояснительная записка
ТЗ – техническое задание
ТО – технологическое оснащение
ТП – технологический процесс
ТС – технологическая система
ТТ – технические требования
ТУ – технические условия
ТССБ – технологическая схема сборки
В настоящих МУ применены следующие термины:
– электронный модуль – по ГОСТ Р 52003-2003;
по ГОСТ 23887:
– сборка;
– деталь;
– сборочная единица;
– технологический процесс сборки;
– технологический анализ конструкции изделия в сборке;
– технологичность изделия в сборке;
– схема сборки изделия;
– схема установки при сборке;
– сопряжение при сборке;
– точность сборки изделия;
– базовая сборочная единица;
– метод сборки изделия;
– вид соединения при сборке;
– метод соединения при сборке;
– узловая сборка;
– общая сборка;
– окончательная сборка;
– монтаж;
– паяное соединение;
– соединение винтовое;
– контролепригодность – по ГОСТ 19919;
– техническое диагностирование – по ГОСТ 20911;
– взаимозаменяемость – по ГОСТ Р 1.0;
3
ПРЕДИСЛОВИЕ
Современная трактовка процесса разработки вопросов конструирования и технологии заключается в совместном их выполнении,
начиная с ранних этапов проектирования изделия. В нормативной
документации этот принцип определен комплексом государственных стандартов «Технологическое обеспечение создания продукции» (ГОСТ Р 50995-96). Исходя из этого, каждая из отдельных
задач, рассматриваемых в данных методических указаниях, является частной задачей единого цикла конструкторско-технологического проектирования в выпускных квалификационных работах.
Разделение этого цикла на «конструирование» и «технологическое
проектирование» является условным и проведено для удобства
изложения частных задач и в связи с раздельным выполнением
курсовых проектов по конструированию электронных модулей и
технологии сборки и монтажа по учебным планам направлений
11.03.03, 12.03.01(02), 12.03.05. Настоящие методические указания (МУ) являются практическим дополнением учебного пособия
[1], в котором рассмотрены все теоретические вопросы конструкторско-технологического проектирования приборов и электронных средств.
Конструирование, как вид инженерной деятельности выпускника, есть многостадийный процесс выбора и отражения в конструкторской документации следующих результатов: структуры, размеров, формы изделия в целом и его частей; функциональных связей
между частями и их взаимного расположения; используемых материалов и комплектующих изделий; указания на технологию изготовления и др.
Конечная цель конструирования – получение высоких значений
показателей качества конструкции изделия при обеспечении наименьшей трудоемкости ее изготовления.
Поиск решений при конструировании основан на логико-математическом выборе устойчивых компромиссов для удовлетворения
требований задания на проектирование изделия по функциональному назначению и надежности при использовании технологий,
материалов и комплектующих изделий, номенклатура и свойства
которых ограничены требованиями технического задания. Поиск
проводится применительно к условиям промышленного производства, проявляющим себя в ограничениях технологического и экономического характера.
4
Заданиями на конструкторско-технологическое проектирование (КТП) в курсовых проектах (КП) и конструкторско-технологическое проектирование в выпускных квалификационных работах
(ВКР) бакалавров и специалистов должно предусматриваться создание конструкции изделия на современном уровне, т. е. изделия
малогабаритного, высокоэффективного и надежного, производство
и эксплуатация которого потребует ограниченного расхода трудовых, энергетических и материальных ресурсов.
Технологическое проектирование, решению задач которого посвящена данная третья часть учебно-методического издания, является также процессом многостадийным, выполняемым для разработки технологической системы, необходимой для выполнения выбираемых технологических функций. В зависимости от специфики
темы проекта, принципов проектирования изделия и этапа проектной стадии, технология определяется принятым конструкторским
решением, или наоборот, технология, установленная заданием,
определяет выбор варианта конструкторского решения. В основном при выполнении ВКР технологические решения принимаются
на основе результатов конструирования, т. е. на основе выбранных
материалов, требований разработанных конструкторских документов и установленных объемов производства проектируемого изделия производится выбор метода технологического преобразования,
разрабатывается технологический процесс, выполняется расчет
технологических режимов и, при необходимости, проектируется
технологическая оснастка. Все это отражается в технологической
документации.
В соответствии с различными уровнями конструкторско-технологических требований образовательных стандартов направлений,
круг решаемых задач может быть отнесен к одной из стадий жизненного цикла изделия (проектирование, производство, эксплуатация)
или к одному из этапов проектной стадии: НИОКР (аванпроект),
техническое предложение, эскизный проект, технический проект.
Объем и глубина разработки, а также состав конструкторской документации определяются требованиями нормативно-технической
документации по установленной заданием стадии жизненного цикла объекта разработки.
Уровень разработки конструкции, вопросов технологии и число
задач, решение которых может быть включено в задание по конструкторско-технологической части бакалаврского проекта по конкретному направлению (специальности), зависит от содержания
5
квалификационных требований образовательной программы в части реализуемых конструкторско-технологических компетенций.
Целью конструкторско-технологического проектирования в КП
и в ВКР направлений и специальностей 11.03.01, 11.03.03, 11.05.01,
12.03.01, 12.03.04, 12.03.05 является формирование практических
навыков конструирования приборов и устройств и технологического проектирования их изготовления. Выполнение проектных
заданий способствует формированию у студента конструкторского
мышления и расширению области навыков сквозного конструкторско-технологического проектирования.
Использование настоящих МУ в ВКР бакалавров нацелено только на оказание помощи в решении практических задач КТП, так
как все организационно-методические указания и рекомендации
по выполнению ВКР в полной мере изложены в методических указаниях выпускающих кафедр, в частности по кафедре 23: «Выпускная работа бакалавра. Методические указания» [2].
В процессе КТП предусматривается обеспечение освоения компетенций, в состав которых входят следующие основные знания,
умения и навыки:
– использование системного подхода к проектированию;
– приобретение навыков конструкторского анализа, использования эвристических приемов и развитие интуиции проектировщика;
– расширение опыта работы с конструкторскими и технологическими базами данных;
– приобретение навыков по принципам выбора элементной базы
при конструировании прибора (по уровню интеграции функций,
типу корпуса, эксплуатационным параметрам, погрешности основных параметров и др.);
– овладение модульным принципом конструирования, правилами функционального разбиения изделия и агрегатирования;
– приобретение практических навыков в решении типовых задач конструирования модулей первого уровня и выполнению конструкторских расчетов по изделию в целом;
– приобретение практических навыков в решении типовых задач технологического проектирования узлов и приборов, а также по
проектированию технологических систем;
– приобретение опыта составления технической документации
на изделие (технических условий (ТУ), описаний, инструкций, чертежей, спецификаций, технологических схем и др.).
6
При составлении МУ использованы материалы предыдущих
учебно-методических разработок кафедры, учебное пособие [1], а
также новая публикация по решению конструкторских задач в КП
и ВКР [3].
Данное учебно-методическое издание в основном предназначено
для использования в решении практических задач КТП на первом
образовательном уровне высшего образования, но может быть рекомендовано для дисциплин магистерской подготовки по направлениям 11.04.03, 11.04.04, 12.04.01, а также при подготовке контрольных работ и КП студентами заочной формы обучения.
7
ВВЕДЕНИЕ
Как было указано в предисловии, содержание заданий на курсовой технологический проект направлений 11.03.03. 12.03.01,
12.03.05, специальности 24.05.06 и комплексных конструкторскотехнологических проектов по направлению 12.03.04 и специальности 11.05.01, определяется руководителем курсового проектирования в соответствии с компетенциями, подлежащими реализации
по определенной образовательной программе, т. е. в соответствии
с требованиями, изложенными в рабочей программе дисциплины.
В качестве объекта проектирования рекомендован технологический процесс (ТП) сборки электронного модуля первого конструктивного уровня, так как он наиболее полно позволяет приобрести
навыки практической реализации технологических задач на наиболее сложном и ответственном этапе производственного процесса.
В содержание технологического проектирования входит решение
комплекса всех конструкторско-технологических задач, позволяющих создать технологическую систему (ТС), состоящую из совокупности технологического оснащения, средств автоматизации и
специалистов, реализующих основные и вспомогательные технологические процессы в определенном производственном пространстве
для изготовления изделий – объектов производства.
Как уже было указано в предисловии, материалы данных методических указаний предназначены и для использования при подготовке конструкторско-технологической части выпускных квалификационных работ (ВКРБ и ДП). Поэтому ниже, наряду с рекомендуемым перечнем задач технологического проектирования в КП, дан
перечень задач технологического проектирования и рекомендации
по их решению в ВКР.
В полный перечень задач технологического проектирования процесса сборки входит решение следующих частных задач:
1. Разработка ТЗ на проектирование ТС сборки.
2. Конструктивно-технологический анализ изделия – объекта
сборки.
3. Составление спецификации (комплектации) сборки изделия и
разработка схемы сборочного состава сборки.
4. Разработка технологической схемы сборки и маршрутного ТП
сборки (с разработкой технологических маршрутных карт).
5. Разработка заготовительных и подготовительных технологических операций, выбор (проектирование) оснастки.
8
6. Выбор и обоснование видов соединений.
7. Разработка сборочных (сборочно-монтажных) операций (с разработкой операционной карты на одну операцию).
8. Разработка заключительных операций.
9. Разработка контрольных операций в ТП сборки (определение:
количества операций контроля; размещения контрольных операций в ТП сборки; контролируемых параметров и др.) выбор контрольного оборудования.
10. Оценка уровня технологичности конструкции изделия.
11. Разработка технологической системы ТС сборки
12. Расчет технологической себестоимости изготовления [прибора, устройства, модуля] и показателей технико-экономической эффективности ТС.
13. Разработка вопросов безопасности выполнения операций и
экологической безопасности.
В зависимости от специфики подготовки по конкретному направлению, особенностей изделия – объекта сборки, целевых задач
реального технологического проектирования под условия определенного производства, заданием может предусматриваться решение других задач детализации технологического проектирования,
например:
– выбор метода обеспечения функциональной точности объекта
сборки;
– расчеты геометрической точности при сборке узла;
– расчет режимов работы технологического оборудования;
– проектирование технологической оснастки;
– разработка технологических мероприятий по обеспечению требуемых показателей надежности, в том числе методик и расчетов
процессов технологического прогона, термотренировки и др.;
– проектирование процесса технического обслуживания и ремонта и разработка эксплуатационной и ремонтной документации,
расчет периодичности замены элементов с ограниченным ресурсом
(наработкой), разработка программы и расчет параметров послеремонтных испытаний и т. п.
Возможна постановка и иных технологических задач, но в любом случае руководитель КП должен придерживаться правила:
задание на технологическое проектирование должно содержать
решение наиболее целесообразных задач, имеющих принципиальное значение для изготовления разработанной конструкции и получения требуемых качественных характеристик, определяемых
9
направленностью подготовки, а не формальное решение любого набора задач.
Общие рекомендации к выполнению курсового проекта
Проект рекомендуется выполнять в последовательности решения перечисленных выше задач. Методические указания по решению задач проекта и необходимые материалы приведены ниже и
в приложениях.
К изложению текста разделов пояснительной записки КП установлены следующие требования:
– в КП все принимаемые решения должны быть обоснованы;
– начало разделов и подразделов по разработке каждой задачи
проектирования должно быть посвящено предлагаемому решению
и его обоснованию (а не описанию этого решения);
– способ обоснования может быть различным в зависимости от
уровня решаемой задачи, сути решаемой задачи и имеющегося материала для обоснования. Обоснование можно выполнить:
– путем сравнения вариантов и выполнения вывода о преимуществах одного из них;
– можно для обоснования сослаться на авторитетный источник
(но этим вариантом не надо увлекаться, т. е. применять в одномдвух разделах);
– ссылкой на задание;
– ссылкой на обзор, проведенный в работе.
– при выборе из вариантов необходимо ввести критерии принятия решения. Наиболее предпочтительный вариант – приведение
таблицы с показателями, по которым выполняется сравнение;
– в конце каждого из аналитических и проектных разделов
должны быть сделаны выводы. Нельзя заканчивать разработку,
расчеты без выводов. Полученные результаты должны чему-то соответствовать или влиять на последующие решения.
Требования к оформлению пояснительной записки
и графического материала КП
Результаты технологического проектирования оформляются
в виде технологической документации, которая подразделяются на
две группы: технологические текстовые (технологические маршрутные и операционные карты, операционные эскизы, документация на технологические операции, документация на контроль, документация на испытания и др. документы, указанные в ЕСТД);
10
технологические графические (схемы технологических процессов,
технологические схемы сборки, чертежи технологических установок, приспособлений, инструментов, схемы рабочих зон, наладок,
циклограммы, алгоритмы функционирования, транспортные схемы технологических маршрутов, планировочные чертежи участков, линий, комплексов, топологические схемы, таблицы наладок,
таблицы контролируемых параметров, рабочих режимов и т.д.).
Виды технологической документации, подлежащей разработке и
их названия приводятся в задании на КП.
Пояснительная записка оформляется на стандартных листах
формата А4. Обязательными элементами ПЗ являются:
– титульный лист (бланк в приложении А);
– задание на КП (бланк в приложении Б);
– содержание;
– перечень принятых сокращений;
– введение;
– разделы с решениями задач проектирования;
– заключение;
– список литературы;
– приложения.
Текст ПЗ выполняется шрифтом Times New Roman размер 12.
Поля: сверху, снизу по 2 см, слева 2,5 см, справа 1 см. Отступ абзаца 1 см. Межстрочный интервал одинарный, текст выравнивается
по ширине. Оформление элементов записки должно выполняться
по ГОСТ 2.105 ЕСКД. Основные требования из этого стандарта приведены в приложении В. Графический материал технологического
проектирования в ВКРБ составляет 1–2 листа (по выбору из списка
технологической документации для соответствующего уровня технологической разработки).
Методические рекомендации по отдельным задачам КП и ВКР
а) Требования к составлению раздела ВВЕДЕНИЕ в ПЗ курсового проекта
Примерное содержание этого раздела в КП приведено ниже.
ВВЕДЕНИЕ
Данный курсовой проект (КП) выполнен по дисциплине «_____
___________________________». Целью данного КП является
выполнение технологического проектирования технологической
11
системы для выполнения сборочно-монтажных процессов производства изделия ______________________________ .
Технологическая система (ТС) сборки представляет собой совокупность функционально взаимосвязанных средств технологического оснащения, средств автоматизации, предметов производства
и исполнителей и предназначена для выполнения в регламентированных условиях производства заданных технологических процессов и операций в соответствии с разработанным технологическим
маршрутом процесса сборки и монтажа изделия.
Технологическое проектирование ТС заключается в разработке
структуры системы, проектировании процессов и операций, подлежащих выполнению для превращения комплектующих компонентов и материалов в законченное изделие _________________ конструктивного уровня. Для выполнения необходимых технологических преобразований необходимо выбрать оснащение, определить
операции требующие автоматизации, в зависимости от объема производства изделий выбрать организационно-технологическую форму технологического участка или комплекса, выполнить расчеты
его характеристик и решить задачи обеспечения технологичности
собираемой конструкции, экономичности, безопасности и экологичности процессов в ТСС.
Одно из основных требований к технологическому проектированию изделия – обеспечение качества процесса изготовления с применением современных технологий при рациональной себестоимости.
Для достижения данной цели следует разработать такой технологический процесс (ТП), который являлся бы наиболее эффективным.
Задачи, подлежащие решению при технологическом проектировании приведены в задании на КП и детализированы в разделе 1.
б) Требования и методические рекомендации по выполнению
технологической части ВКР
Рекомендации к формированию задания
по технологической части ВКР
Технологическая часть предусматривает решение отдельных задач технологического проектирования, которые:
а) в наибольшей степени соответствуют технологической завершенности решаемых конструкторских задач;
б) должны быть продемонстрированы студентом в качестве приобретенных компетенций, предусмотренных образовательной программой.
12
Основу типового задания составляет разработка ТП изготовления и сборки прибора или электронного средства. Исходными данными для технологической части ВКРБ и ДП являются: задание на
ВКР; результаты предпроектных исследований; выводы и рекомендации технического предложения по конструкторско-технологическому решению проектируемого изделия; разработки, выполненные
в конструкторской части. Уровень технологической проработки,
т. е. степень детализации ТП, подлежащих разработке (маршрутные, маршрутно-операционные или операционные ТП) определяются заданием или устанавливаются на основе анализа предполагаемой серийности изготовления проектируемого изделия.
Состав и содержание технологической части конкретной ВКР
в значительной степени зависят от направления его тематики, специальности, по которой выполняется ВКР и состава задач, сформулированных в техническом предложении.
Для ВКР направлений и специальностей 11.03.01, 11.05.01,
12.03.01(01), 12.03.04, 12.03.05 рекомендуется следующий состав
вопросов типового задания по технологической части:
1) общий технологический анализ изготовления и сборки объекта проектирования;
2) разработка технологического процесса сборки;
3) выбор технологического оборудования;
4) разработка технологических мероприятий по обеспечению
требуемых показателей качества проектируемого изделия (технологичности, точности, безотказности, устойчивости к внешним воздействующим факторам);
5) разработка эксплуатационной документации (ТУ; расчет периодичности замены элементов с ограниченным ресурсом или малой
наработкой; указания по использованию и обслуживанию; разработка инструкции по эксплуатации; разработка инструкции (методики) проведения регламентных работ с определением периодичности их проведения; разработка технологической документации на
проведение ремонта составных частей объекта; расчет периодичности замены отдельных элементов объекта и порядок проведения
замены).
Все указания и рекомендации по решению эксплуатационных
задач, приведены в разделе 2.
в) Решение задачи «Общий технологический анализ изготовления и сборки объекта проектирования» может заключаться в следующем:
13
– анализ общей структуры процесса изготовления изделия,
принципов организации производственного процесса;
– обоснование выбора объекта (элемента конструкции изделия)
для проведения технологического проектирования;
– формулировка результатов решения задач технологического
проектирования (т. е. какие качественные показатели должны быть
достигнуты в результате технологического проектирования);
– выбор вида и содержания проверки качества комплектации на
входе ТП сборки и приемочного контроля на выходе.
г) Решение задачи «Разработка технологического процесса»
может изменяться в зависимости от объекта технологического проектирования, вида ТП, условий его реализации, уровня детализации и других факторов. В общем случае подраздел включает в себя:
анализ существующих ТП; сравнительная оценка вариантов ТП и
выбор по критериям качества, производительности, себестоимости.
Применительно к сборочному ТП этот подраздел предусматривает решение следующих задач:
– составление и анализ схемы сборочного состава и технологической схемы сборки;
– анализ технологической точности сборки;
– разработка ТП сборки модуля; описание требований к выполнению отдельных операций; организация процесса сборки с технико-экономическим обоснованием способа сборки на основе предварительно выполненного сравнения вариантов ТП.
д) Решение задачи «Выбор технологического оборудования» содержит: назначение для каждой операции (группы операций) определенного состава основного и вспомогательного оснащения ТП; выбор степени автоматизации выполнения операций ТП., конкретной
модели технологического оборудования из числа сравниваемых;
таблицу технико-экономических характеристик рассматриваемого
оборудования; указание режимов работы при выполнении основных операций
е) Решение задачи «Разработка технологических мероприятий
по обеспечению требуемых показателей качества проектируемого изделия» должно содержать анализ факторов, влияющих на выполнение операций ТП, рассмотрение механизма образования погрешностей, в том числе наследуемых, разработку мероприятий по
обеспечению требуемого уровня точности выполнения операции,
бездефектности технологического процесса в целом, обеспечение
технологичности конструкции проектируемого изделия. Для до14
стижения поставленных в задании специальных требований по повышенным показателям безотказности, устойчивости к внешним
факторам, выбираются и описываются соответствующие технологические мероприятия.
15
1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЯ
1.1. Разработка технического задания
на проектирование технологической системы сборки
Задание состоит из бланка задания и чертежа (эскиза, рисунка)
конструкции изделия объекта сборки. Конструкция объекта сборки
задается руководителем или предлагается студентом. Лучший вариант объекта технологического проектирования это конструкция,
разработанная в КП по конструированию. Таким образом, студент
будет иметь ощутимый задел по предстоящей выпускной квалификационной работе.
В качестве методической основы КП использованы рекомендации Р50-54-93-88 – «Рекомендации. Классификация, разработка и
применение технологических процессов», и теоретические положения, изложенные в [1]. Применительно к сборке рекомендованы этапы разработки технологических процессов, которые и перечислены
в бланке задания.
Так как исходные данные на производство объекта проектирования в задании отсутствуют, то их следует согласовать с руководителем в качестве технологических требований (условий) на сборку.
Тип производства для изготовления изделия (серийность,
программа выпуска)
________________________________________________
(опытный образец, мелкая серия, серийное производство)
Организационная форма сборки
________________________________________________
(узловая многопредметная, общая однопредметная)
Технологическая специализация сборки
________________________________________________
(с технологической специализацией: сборочный цех;
на предметно-замкнутом участке: участок монтажа печатных узлов)
Квалитет точности сборочных соединений (установки компонентов)
________________________________________________
( 10 – 14 в зависимости от точности изготовления посадочных мест базовой детали)
Комплексный показатель технологичности должен быть не менее 0,7. При этом уровень технологичности конструкции собирае16
мого изделия должен быть больше базового, который для конструкций электронных узлов на этапе разработки технического проекта
должен быть равен 0,6 – 0,7.
1.2. Методика проведения конструктивно-технологического
анализа изделия – объекта сборки
Конструктивно-технологический анализ объекта сборки выполняется на основе сборочного чертежа конструкции, спецификации
и информации о назначении изделия, условиях функционирования, конструктивных параметрах, требований по обеспечению необходимых свойств конструкции (например, герметичности, устойчивости к повышенным значениям определенных внешних факторов). Анализ проводится по следующему плану [1]:
– определение структурных уровней конструкции устройства
(конструкция устройства относится к первому структурному
уровню и входит в состав второго уровня – частичного каркаса
или конструкция модуля состоит их печатной платы, ЭРИ, сборочной единицы на основе радиатора и лицевой панели, крепящейся
к печатной плате с помощью уголков и винтов, собранный модуль
размещается в корпусе настольного прибора);
– описание внешнего облика конструкции (устройство представляет собой прямоугольную конструкцию с размерами A×B×C,
вставляемую в частичный каркас, выполненный в системе БНК
2 «Евромеханика 19”»………или корпус устройства с размерами
AxBхC имеет лицевую панель с элементами управления и индикации, перфорированный корпус и заднюю стенку с установленными
соединителями);
– укрупненный состав конструкции (частичный каркас блока,
в который вставлены N модулей, размещается с приборном шкафу
(в стойке);
– детализированный состав выделенных частей конструкции (на
лицевой панели устройства установлены ………, трансформатор
крепится винтами к печатной плате, радиатор представляет
собой верхнюю крышку корпуса, соединяемую винтами с боковыми
и задней стенками; электрические соединения выполняются монтажным проводом по схеме монтажной).
Выполняем разукрупнение и группирование элементов сборки:
– детали собственного изготовления (включая экраны, зажимы,
крепежные скобки, контакты штыревые, лепестки для паяных соединений и др.);
17
– покупные ЭРИ;
– комплектующие узлы собственного изготовления (например,
узел электропитания на основе трансформатора, бестрансформаторный узел питания в виде микромодуля с выводами, радиатор
с закрепленным транзистором, микросборка и др.);
– покупные узлы (например, цифровой / символьный индикатор);
– материалы конструкционные (изоляционные трубки, прокладки, обмоточные ленты и др.);
– материалы сопутствующие (защитные, смазочные, маркировочные, консервирующие, упаковочные);
– материалы технологические (пасты паяльные, флюсы, припои,
отмывочные, реактивы, технологические прокладки, заглушки,
маски и др.);
Проводим анализ конструкций компонентов сборки – ЭРИ, ПП,
деталей и готовых узлов [корпусированные (разборные, не разборные; герметичные (разборные, не разборные), открытые (без кожуха); выводные (штыревые, планарные), безвыводные (контактные
площадки: по торцам, под корпусом)] и делаем выводы и заключения относительно них как элементов сборки: о их поверхностях,
способе установки и крепления, условиях обеспечения точности.
Рассматриваем корпуса и исполнения всех ЭРИ, подлежащих
монтажу на ПП.
Отдельно анализируется ПП, например, по таким характеристикам:
Размер ПП, мм 1
10 × 170
Класс точности ПП 3
Тип ПП ОПП
Материал ПП, толщина фольги, мкм СТФ-1-35
Размер листа материала, мм 1100 × 1000
Толщина материала, мм
1,5
Диаметр базовых отверстий, мм
3,2
Точность диаметра базового отверстия Н12
Степень точности вырубаемой ПП или отверстия (квалитет) Н13
Годовая программа выпуска, шт./год
6 000
Определяем:
– базовую деталь, на которую будем устанавливать компоненты
сборки;
– поверхности компонентов: базирования, установочные, монтажные, фиксирующие, направляющие, зажимные;
18
– вид и способ соединения.
Выполняем разузлование конструкции.
Имеется сборочный чертеж изделия. На основе чертежа и спецификации образуется сборочный комплект, документально оформляемый как спецификация. Этот комплект необходимо преобразовать в схему последовательных соединений. Как правило, возникают подсборки на основе типовых объединений деталей с материалами, крепежом и т. п. Выполняем декомпозицию конструкции, т. е.
образование узлов, с целью обеспечения параллельной сборки, обеспечения взаимозаменяемости, ремонтируемости (ремонтопригодности), формирования рациональных по организации форм сборки
или, привязки узлов к имеющимся технологическим участкам, позициям, оборудованию.
Примеры образования подсборок, сборка которых может выполняться независимо. параллельно, на другом рабочем месте (но точно
вовремя поставлена на монтаж изделия):
а) простейшая подсборка в составе: радиатора (базовая деталь),
мощного транзистора, винтов, шайб, гаек и изоляционных трубок;
б) узел питания в составе: трансформатора, уголков крепежных,
монтажной колодки, диодов, монтажных проводов, изоляционных
трубок, винтов, шайб, гаек;
в) лицевая панель, крепящаяся к ПП в составе: металлической
пластины, ЭРИ, устанавливаемых на панель, контрольных гнезд,
фиксатора, уголков крепления, монтажного провода, изоляционных трубок, винтов, шайб, гаек.
Получили новые спецификации: узлов (подсборок) и изделия
в целом, т. е. спецификация, разбитая на группы – спецификации
узловых сборок и спецификация на окончательную сборку.
1.3. Составление спецификаций
Полученные на предыдущем этапе перечни компонентов сборки
необходимо оформить в виде спецификаций по определенной форме.
При отсутствии отдельно собираемых узлов (подсборок) выполняется одна спецификация на сборку изделия на базовой детали (на
ПП). Примеры таких спецификаций приведены в приложениях Г и
Д. Спецификации оформлены в виде перечней с характеристиками
компонентов как объектов сборки.
При наличии подсборок необходимо сделать на них отдельные
спецификации. Форма для таких спецификаций приведена в приложении Е.
19
1.4. Разработка технологической схемы сборки
и маршрутного технологического процесса
1.4.1. Разработка схемы сборочного состава
Разработка технологического маршрута сборки начинается с расчленения изделия на сборочные элементы путем построения схемы
сборочного состава и технологической схемы сборки. Объектами сборочно-монтажного производства являются элементы конструкции
–ЭРИ, детали и сборочные единицы (например, покупные комплектующие) различной степени сложности и необходимые материалы.
Построение схемы сборочного состава и технологической схемы сборки позволяет установить последовательность сборки, взаимную связь
между элементами и наглядно представить проект ТП.
При разработке схемы сборочного состава руководствуются следующими основными принципами:
– схема составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей и перечня компонентов изделия;
– сборочные единицы образуются при условии независимости их
сборки, транспортирования и контроля;
– схема должна обладать свойством непрерывности, т. е. каждая
последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей;
– ступени выше первой в схеме сборочного состава образуются за
счет подсборок и определяются сложностью состава предварительно собираемых узлов;
Изделие
Сб.3
2-я
ступень
сборки
Сб.4
3-4
3-4
3-4
Рис. 1.1. Шаблон схемы сборочного состава изделия
20
0-1
1-я
ступень
сборки
Сб.
3-2
3-4
3-3
Сб.
3-1
3-2
Сб.
2-2
2-3
2-2
Сб.
2-1
2-1
1-4
Сб.
1-2
1-3
1-2
1-1
Сб.
1-1
Сб.2
3-1
Сб.1
3-я ступень
сборки
Детали
– если не выявлена возможность образования подсборок и все
компоненты из накопителей будут устанавливаться на свои посадочные места на ПП, то получится простейшая, одноступенчатая
схема сборочного состава.
Шаблон для построения схемы сборочного состава многоступенчатой сборки изделия приведен на рис. 1.1.
1.4.2. Разработка технологической схемы сборки
Если схема сборочного состава готова, то можно переходить к построению технологической схемы сборки. Для этого, прежде всего,
необходимо для каждой позиции сборочного состава выявить готовность компонента к непосредственной установке на базовую деталь
или необходимость выполнения предварительных операций. Надо
помнить, что технологически сборка характеризуется наличием
вспомогательных, предварительных, сопутствующих, заключительных и т. п. операций. Чем меньше таких операций, тем эффективнее
процесс, т. е. менее затратный по ресурсам времени, средствам, по
трудоемкости и др. Тем не менее, путь компонента от расположения
в заводской упаковке до установки на базовую деталь может проходить через выполнение несколько необходимых операций. Необходимо учитывать и временной фактор хранения компонентов, и процессы, протекающие в период хранения, условия хранения и т. п.
Используйте приведенный ниже перечень видов операций сборочного ТП для закрепления персонального перечня операций за
каждым компонентом сборочного состава вашего изделия.
Итак, рассмотрим виды операций, относящихся к сборке проектируемого изделия.
Предварительные.
Получение и проверка комплектации, распаковывание (растаривание), расконсервация, погрузка, загрузка накопителей буферных
складов, транспортирование, разгрузка и т. п.
Заготовительные.
Размерная нарезка монтажных проводов, прокладок и др., приготовление смесей (паст, клеев, отмывок, красителей, пропиток)
Подготовительные.
Дополнительная обработка собираемых компонентов (нанесение
паяльной пасты на контактные площадки ПП, формовка и обрезка выводов, облуживание, сверление, нарезание резьбы, снятие заусенцев, гибка, правка и др.), пригонка (размерная подгонка, притирка и др.), очистка, промывка, входной контроль, сортирование
21
Плата печатная
1
1
ВКРБ 23.110303.ХХ.Э4
К1
Входной визуальный контроль
-верстак,
-нож НМ 150,
-пинцет ПГТМ 120,
-приспособление для визуального
контроля ГГ63669/012 с увеличением
2,5х
Нанесение паяльной пасты
Дозатор MD40 фирмы Mechatronika
Полуавтоматический принтер
трафаретной печати Ekra Е1
2
Резистор
EPCOS
730
Конденсатор
36
Конденсатор
31
38
39
42
59
60
43
58
EPCOS 0805
В45297А
Микросхема
К6R4016C1C
-C
Микросхема
ALTERA
Разъем
DIN41612
Микросхема
AD8564
Сб1
Полуавтомат для установки
компонентов MM500
1
24
Сб2
Автомат для установки компонентов
серии MY
М1
4
Оплавление припоя в печи
Печь оплавления прип оя Heller серии
Mark III
К2
8
Визуальный контроль качества пайки
Безокулярный стереомикроскоп LYNX
Сб3
Монтажная станция Royonic 550
4
2
Сб4
Монтажная станция Royonic 550
16
М2
К3
Очистка модуля
Система отмывки Accel HydroCel
Нанесение влагозащитного
покрытияУстановка влагозащиты
погружением DS101
К3
В1
Оплавление припоя в печи
Печь оплавления припоя Heller серии
Mark III
Визуальный контроль качества пайки
Безокулярный стереомикроскоп LYNX
Маркировка краской БМ, белая
Шрифт – 4 по ГОСТ 26.020-80
Печатный узел
ВКРБ 23.110303.ХХ.СБ1
1
Рис. 1.2. Пример технологической схемы сборочного состава изделия
22
(селективный отбор), подбор и комплектование, укладка в тару,
в кассеты, установка базовой детали в приспособление, установка
накопителей (магазинов) на позиции и т. п.
Непосредственно сборочные.
Соединение и закрепление собираемых компонентов с целью получения сборочных единиц и изделий путем свинчивания, приклеивания, запрессовки, клепки, вальцевания и т. п.
Вспомогательные.
Загрузка собираемых компонентов в оборудование, их относительная ориентация, контроль, межоперационное транспортирование, переустановка приспособлений, трафаретов., нагрев и охлаждение, корректировка режима, съем и т. п.
Послесборочные (заключительные).
Балансировка, контроль, измерения, регулирование, настройка,
испытание, маркировка, окраска, заполнение смазочными материалами, консервация, упаковка, счет, учет и т. п.
Сгруппируйте компоненты, требующие выполнения операций,
предшествующих сборке. Выберите виды соединений, выполняемых на монтажных операциях. Теперь постройте технологическую
схему сборки своего изделия, используя рекомендации и пример,
приведенный на рис. 1.2.
На практике используют два типа схем сборки: с базовой деталью и «веерный» (рис. 1.3). Сборочные элементы на схемах
Конденсатор
1
2Сб.2
Ротор с контактами
Статор с контактом
Сб.2
1
Пластина статора
Скоба контактная
Припой ПОС-61
ГОСТ 21931-76
Припой ПОС-61
ГОСТ 21931-76
Ось ротора
Пластина ротора
Припой ПОС-61
ГОСТ 21931-76
Контакт 4
Контакт 5
1
Статор
Ротор
Припой ПОС-61
ГОСТ 21931-76
Сб.1
Скоба контактная
Втулка
Основание
Припой ПОС-61
ГОСТ 21931-76
Сб.7
2
Основание
с втулкой
1
Ось статора
2Сб.1
Рис. 1.3. Схема сборки веерного типа
23
сборки представляют прямоугольниками, в которых указывают
их название, номер по классификатору ЕСКД, позиционное обозначение на чертеже и количество. Более наглядной и отражающей временную последовательность процесса сборки является
схема с базовой деталью. За базовую принимается шасси, панель,
корпус, плата или другая деталь, с которой начинается процесс
сборки.
1.4.3. Разработка маршрутного ТП
Теперь можно приступать к разработке маршрутного ТП. Маршрутный ТП отражает последовательность выполнения технологических операций сборки изделия и оформляется в виде технологического документа – маршрутной технологической карты.
При разработке маршрутного ТП в качестве исходных данных
используется годовой объем выпуска изделия, технологическая схема сборки с указанием типа (с базовой деталью или веерного типа),
типовой ТП, время выполнения всех этапов ТП (подготовительнозаключительное, штучное расчетное).
Осуществляя переход от схемы сборочного состава к последовательному во времени расположению операций, необходимо учитывать следующее:
– вначале выполняются те операции ТП, которые требуют больших механических усилий и неразъемных соединений;
– начните составление схемы с малоразмерных компонентов,
расположенных на чертеже в центральной части монтажного поля
ПП, затем последовательно переходите к периферийным компонентам, а завершите схему крупными компонентами;
– активные ЭРЭ устанавливают после пассивных;
– при наличии малогабаритных и крупногабаритных ЭРИ, в первую очередь устанавливаются малогабаритные ЭРЭ;
– заканчивается сборочный процесс установкой деталей подвижных соединений и ЭРИ, которые используются в дальнейшем
для регулировки;
– контрольные операции вводят в ТП после наиболее сложных
ответственных сборочных операций и при наличии законченного
сборочного элемента;
– в маршрутный технологический процесс вводят также те операции, которые непосредственно не вытекают из схемы сборочного
состава, но их необходимость определяется техническими требованиями к сборочным единицам.
24
При проектировании маршрутного ТП естественно необходимо
получить, как минимум, рациональный вариант. Сложнее дело обстоит с оптимальным вариантом. Если выполнить оптимизацию
только по производительности, то это будет псевдооптимальный
вариант, так как не учитывается множество других факторов, которые могут служить критериями оптимизации. Например, если
критерием оптимизации взять качество собираемых изделий, то
включение необходимого количества контрольных операций сделают ТП, оптимальный по производительности, совершенно не оптимальным. И все же, необходимо сделать сравнительную оценку
возможным вариантам ТП и выбрать лучший.
1.4.4. Анализ вариантов маршрутной технологии
При разработке вариантов маршрутной технологии учитывают
существующие типовые процессы сборки и монтажа изделий, которые включают в себя следующие операции, рассмотренные в п. 1.4.2.
1. Подготовка поверхности ПП. Включает в себя расконсервацию
ПП после хранения и визуальную проверку ее поверхности на отсутствие дефектов (обрывы проводников, отслаивание фольги, непротравы, дефекты диэлектрика и т.д.).
2. Подготовка ЭРИ к монтажу.
2.1. Распаковка из первичной тары поставщика.
2.2. Входной контроль. Контроль заключается в проверке поступающих комплектующих по параметрам, определяющим их
работоспособность и надежность перед включением этих элементов
в производство. Вид контроля определяет разработчик ТП.
2.3. Формовка выводов – это операция гибки выводов электрорадиоизделий для придания им конфигурации, определяющей положение корпуса элемента относительно печатной платы.
2.4. Обрезка выводов. С завода–изготовителя ЭРИ приходят с удлиненными выводами. Обрезать их в соответствии с чертежом можно на разных этапах ТП: сразу же после формовки, перед формовкой
или, например, после сборки компонентов на ПП (этот вариант обеспечивает групповую обработку).
2.5. Лужение выводов. Поверхностно-монтируемые элементы,
имеющие луженые выводы и поставляемые в упаковке (лента),
в данной операции не нуждаются. Лужение выводов требуется для
компонентов, монтируемых в отверстия.
3. Комплектование групп – заключается в доставке на рабочие
места необходимого количества ЭРИ перед монтажом.
25
4. Нанесение паяльной пасты. Паяльную пасту можно наносить
через трафарет с помощью специальных дозаторов. Выбираем нанесение пасты трафаретной печатью для обеспечения необходимой
точности.
5. Установка элементов в SMD исполнении. Производится с помощью оборудования автоматической установки компонентов.
6. Пайка SMD компонентов осуществляется оплавлением пасты.
Выбираем пайку в конвейерной печи конвекционного нагрева.
7. Контроль пайки. Выявление дефектов паяных соединений
может производиться визуальным осмотром или с помощью таких
способов, как электрический контроль, рентгенотелевизионный
контроль и др. Выбираем контроль визуальным осмотром.
8. Сборка компонентов, устанавливаемых в отверстия на ПП. Операции состоят из подачи компонентов к месту установки, ориентации
выводов относительно монтажных отверстий, сопряжения и фиксации в требуемом положении. Фиксация может производиться подгибкой выводов после их введения в монтажные отверстия, а также
легкоплавкими жидкостями – припоем или органическим составом.
В отдельных случаях применяется приклеивание компонентов, так
как в условиях механических воздействий прочность паяных соединений выводов элементов может оказаться недостаточной. Все монтируемые элементы фиксируются подгибкой выводов.
9. Пайка компонентов, устанавливаемых в отверстия на ПП. Будет производиться волной припоя на установке пайки волной.
10. Контроль пайки визуальным осмотром.
11. Выходной контроль печатного узла. На данной операции выявляют различные внешние дефекты и контролируют параметры
изделий с помощью установки электрического контроля.
12. Маркирование печатного узла.
13. Лакирование печатного узла. Лакирование осуществляется
с целью защиты паяных соединений, печатных проводников и компонентов от воздействия окружающей среды нанесением лака.
Рассмотренные операции и значения оперативного и вспомогательного времени на их выполнение приведены в табл. 1.1 и 1.2.
Значения оперативного и вспомогательного времени установлены
на основе справочных материалов.
Проведем анализ двух вариантов маршрутной технологии сборки и монтажа изделия и выберем наиболее оптимальный. Тип производства определяем исходя из объема партии. В нашем случае
тип – серийное производство.
26
Выбор рационального варианта ТП можно обосновать по производительности труда. Производительность – количество изделий
в штуках, которое изготовлено за единицу времени. Для этого проводится техническое нормирование операций ТП.
Полное время, затрачиваемое на выполнение одной операции –
штучно-калькуляционное время:
Òïç
Òøò
=
,
−ê Òøò +
N
где Тпз – подготовительно-заключительное время, которое затрачивается на ознакомление с чертежами, получение инструмента,
подготовку и наладку оборудования и выдается на всю программу
выпуска (N).
Штучное время определяется из выражения
Тшт = Тосн + Твсп + Тобсл + Тпер,
где Тосн – основное время (время работы оборудования); Твсп – вспо могательное время (время на установку и снятие детали); Тобсл –
время обслуживания (время обслуживания и замены инструмента);
Тпер – время перерывов (время на регламентированные перерывы
в работе).
Для сборочно-монтажного производства объединяют Тосн и Твсп
и получают оперативное время Топ , а Тобсл + Тпер составляют дополнительное время и задают его в процентах от Топ в качестве коэффициентов. Тогда:
Ê + Ê3
Òøò =
Òîï ⋅ Ê1 ( 2
+ 1),
100
где К1 – коэффициент, зависящий от группы сложности аппаратуры и типа производства; К2 – коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время и время обслуживания; К3 – коэффициент, учитывающий долю времени на перерывы в работе
Значение коэффициентов К1 = 1,12, К2 = 5,4, К3 = 5,0 :
 5,4 + 5

ΣÒøò1= 9,15 ⋅ 1,12 ⋅ 
+ 1 = 11,31 ìèí,
 100

5
4
5
+
,


ΣÒøò=
+ 1=
2 14,19 ⋅ 1,12 ⋅ 
 17,54 ìèí.
 100

Составляем два уравнения для вычисления суммарного штучнокалькуляционного времени:
27
m
m
∑ Tïçi
m
∑
∑
=
T
Tøòi
øò −ê
=i 1=i 1
+
i =1
n
n
n
∑
∑
,
=
T
Tøòi
øò −ê
N
=
i 1=i 1
∑ Tïçi
+
i =1
N
,
где m и n – число операций по первому и второму варианту соответственно.
Подготовительно – заключительное время Тпз определим по формуле:
Ò
=
ïç Òïç −ñì ⋅ Ä ⋅ s,
где Тпз-см – сменная норма подготовительно – заключительного времени.
∑Тпз1 = 295 . 256 . 2 = 151040 мин,
∑Тпз2 = 217,5 . 256 . 2 = 111360 мин,
m
151040
∑ Òøò−ê1 = 9,15 + 700000 = 9,36 ìèí,
i =1
n
111360
∑ Òøò−ê2 =14,19 + 700000 = 14,35ìèí.
j =1
Рассчитываем критический размер партии:
m
n
∑ Tïçi − ∑ Tïçj
=i 1=j 1
n
m
Nêð =
∑
∑
.
Òøòj − Òøòi
=j 1=i 1
Nêð =
151040 − 111360
= 7873 øò.
14,19 − 9,15
При программе выпуска более 7873 штуки за плановый период
с двухсменной работой эффективнее будет первый вариант.
Чем ближе размер критической партии к программе выпуска,
тем меньше разница между сравниваемыми вариантами ТП. Наблюдается незначительная разница между временем Тпз-см для
двух вариантов, однако Тшт-к первого варианта меньше, чем второго. Следовательно, для варианта с большим уровнем автоматизации
единовременные затраты будут выше, но текущие затраты меньше,
28
вследствие повышения производительности и снижения квалификации рабочих. Поэтому предпочтительнее будет первый вариант.
Для определения количества устанавливаемых ЭРИ на ПП
в ходе выполнения i-й операции необходим расчет ритма, который
производится по формуле
r = ФД / Nрасч , мин/шт,
где Nрасч – расчетная программа выпуска, определяется по формуле
α
N ðàñ÷= Nïë ⋅ (1 +
) øò ,
100
где Nпл – плановая программа выпуска, Nпл = 700000 шт.; α – воз можные технологические потери, %; (α = 2).
ФД – действительный фонд времени за плановый период, определяется по формуле
ФД = Д . s . t . 60 . Kрег.пер , мин.,
где Д – число дней за плановый период, Д = 256 дней; s – число смен,
s = 2; t – продолжительность смены в часах, t = 8 час;
Крег.пер – коэффициент, учитывающий время регламентированных перерывов в работе линии (Крег.пер = 0,94 – 0,95).
Определим Nрасч, ФД и r :
2 

N ðàñ÷
= 700000 ⋅  1 + =
 714000 øò.
 100 
ФД = 256 . 2 . 8 . 60 . 0,95 = 233472 мин.
r = 233472 / 714000 =0,33 мин/шт.
Результаты расчетов и данные для выбора варианта маршрутной
технологии рекомендуется свести в таблицы, как это показано на
примере таблиц 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1
Первый вариант маршрутной технологии
Последовательность
операций
Расконсервация и
контроль ПП
Распаковка и проверка ЭРЭ (на 100
шт.) на ленте россыпью
Оборудование оснастка
Монтажный стол СМ-З
Монтажный стол СМ-З
1 ВАРИАНТ
n
Tоп
nTоп
1
0,637 0,637
24
0,06
20
0,027 0,054
Тпзсм
–
0,144
–
29
Окончание табл. 1.1
Последовательность
операций
Оборудование оснастка
Автоматическая систеПодготовка выводов
ма обрезки и формовки
компонентов
выводов CompactLine
1 ВАРИАНТ
n
Tоп
nTоп
Тпзсм
3
0,04
0,12
30
1
0,02
0,02
30
Комплектование
элементов по операциям
Монтажный стол СМ-З
1
0,5
0,5
–
Нанесение паяльной
пасты на автомате
Автоматический
трафаретный принтер
ExerraEP20
1
0,6
0,6
30
Установка SMD компонентов автоматом
Автомат установки
SMD компонентов
MYDATA серии MY
29
Пайка оплавлением
припоя
Конвекционная печь
Heller серии Mark III
1
Контроль пайки
Визуальный контроль
1
0,207 0,207
–
Установка выводных компонентов
Монтажная станция
Royonic 550
13
0,05
0,65
30
1
0,064 0,064
30
Пайка волной припоя
Система пайки волной
припоя ELECTROVERT
VectraElite
1
0,78
0,78
50
Контроль пайки
Визуальный контроль
1
0,207 0,207
–
Отмывка плат после
пайки
Ультразвуковая установка отмывки BlOChem G13935
1
0,41
0,41
20
Маркирование
Трафарет, кисть
1
0,4
0,4
–
Выходной контроль
Стенд автоматизированного контроля
1
0,5
0,5
15
Установка влагозащиты погружением DS101
1
0,5
0,5
20
9,15
295
Герметизация
ИТОГО
30
0,025 0,725
0,7
0,7
30
30
Таблица 1.2
Второй вариант маршрутной технологии
Последовательностьопераций
Оборудование оснастка
Расконсервация и кон- Монтажный стол
троль ПП
СМ-З
Распаковка и проверка
ЭРЭ
Монтажный стол
(на 100 шт.) на ленте
СМ-З
россыпью
Подготовка выводов
компонентов: аксиаль- Формовка выводов
ных
пинцетом
радиальных
КомплектованиеэлеМонтажный стол
ментов по операциям
СМ-З
ТрафаретНанесение паяльной
ный принтер
пасты
на автомате
UNIPRINT
Установка SMD компоПолуавтомат
нентов
MM500
Печь оплавления
Пайка оплавлением
SEF Roboter наприпоя
стольного типа
548.04 G
Визуальный конКонтроль пайки
троль
Установка выводных
компонентов
Пайка волной припоя
Контроль пайки
Маркирование
Выходной контроль
Герметизация
Сушка
ИТОГО
Монтажная станция Royonic 550
Система пайки
волной припоя
ELECTROVERT
VectraElite
Визуальный контроль
Трафарет, кисть
Стенд автоматизированного контроля
Кисть
Сушильный шкаф
n
2 ВАРИАНТ
Tоп
nTоп
Тпзсм
1
0,637
0,637
–
24
0,06
1,44
20
0,027
0,54
2
0,036
0,072
5
1
0,036
0,036
5
1
0,5
0,5
–
1
0,2
0,2
20
29
0,14
4,06
20
1
0,9
0,9
20
1
0,207
0,207
–
13
1
0,05
0,064
0,65
0,064
30
30
1
0,78
0,78
50
1
0,207
0,207
–
1
0,4
0,4
–
1
0,5
0,5
15
1
1
1
1
–
1
20
1
2,5
14,193 217,5
31
Итак, на основе сделанных расчетов выбирается первый вариант.
Окончательный вариант ТП монтажа.
Технологический процесс монтажа компонентов на ПП разработан на основе типового ТП с учетом анализа и расчетов, выполненных
в предыдущих подразделах. При составлении ТП учитывалась номенклатура оборудования и технологической оснастки, имеющейся на
предприятии, а также наличие инструмента и средств измерений.
Содержание операций.
1. Комплектовочная
1.1 скомплектовать сборочные единицы, детали, стандартные и
прочие изделия, материалы согласно спецификации.
1.2 разложить комплектацию в цеховую тару.
2. Подготовительная
2.1 проверить комплектацию согласно спецификации.
2.2 подготовить к монтажу ЭРЭ
3. Сборочная
3.1 установить КМО на ПП согласно сборочному чертежу и карт
монтажных, флюсовать, паять
4. Монтажная
4.1 установить ИМ с планарными выводами на ПП сориентировав ее по ключу и совместив выводы ИМ с контактными площадками печатной платы, флюсовать и паять выводы
5.Промывочная
Промыть плату от флюса.
6. Маркировочная
Маркировать плату.
7. Контрольная
Проверить внешним осмотром плату правильность сборки, наличие маркировки, качество монтажа
8. Настроечная
Произвести проверку электрических параметров платы согласно
требованиям ТУ
9. Лакировочная
Покрыть плату лаком, предохранив места, не подлежащие лакировке.
10. Испытательная
Провести испытания согласно ТУ.
11. Контрольная.
Проверить визуально качество монтажа после проведения испытаний.
32
Эти операции и их содержание вносим в бланк маршрутной технологической карты. Порядок оформления маршрутных карт изложен в ГОСТ 3.1129-93. Пример заполнения бланка маршрутной
карты приведен в приложении Ж.
Внимание! Одной из важнейших задач технологического проектирования является задача выбора технологического оснащения
для всех операций ТП.
Правильный выбор оборудования, выполненный с учетом всех
особенностей конструкции объекта производства и планируемых
условий производства, обеспечат эффективность производственного
процесса и минимизацию технологической себестоимости изготовления.
В последующих разделах проекта для каждой операции, включенной в маршрут сборочно-монтажного ТП, необходимо обоснованно выбирать конкретный тип оборудования, из числа рассмотренных как примеры в данном пособии, или использовать каталоги
оборудования, имеющиеся на кафедре, журнальные публикации,
поиск в Интернет. Следует не забывать, что большинство операций
требует использования технологической оснастки (загрузочных
приспособлений, питателей, трафаретов, сборочных головок (захватных устройств), установочных подплатников и др.). Оснастка
выбирается из числа типовой или проектируется специализированная. Данные по оборудованию и оснастке заносятся в операционную карту.
Примеры проектирования некоторых видов оснастки приведены
в приложении И.
Основные исходные данные, необходимые для выбора оборудования, перечислены ниже.
– Размерные параметры ПП и собранного печатного узла.
– Конструктивные характеристики узла (количество сторон
установки компонентов, плотность монтажа компонентов, класс
точности изготовления ПП, типы корпусов компонентов, минимальные зазоры между компонентами).
– Вид монтажа.
– Наличие компонентов, не приспособленных для автоматизированного монтажа.
– Наличие операций механической сборки.
– Планируемый объем производства.
– Требования к точности выходных характеристик и к показателям надежности.
33
Основным критерием выбора оборудования должен быть показатель его использования или загрузки. Производительность при
мелких сериях не играет решающей роли. Если выбрано высокопроизводительное оборудование при небольших объемах производства, то его простои существенно скажутся на эффективности производства в целом.
Обращайте внимание и на такие технические характеристики
оборудования, как технологическая гибкость (время переналадки)
потребляемая мощность, расход ресурсов.
Рекомендуется использовать пособие [4] при выборе технологического оснащения, а также при решении таких вопросов, как выбор покрытия компонентов, выбор материалов для пайки, анализ
дефектов пайки, проектирование операций с применением клеев,
выбор монтажных проводных соединений.
1.5. Разработка заготовительных
и подготовительных технологических операций
1.5.1. Составление перечней заготовительных
и подготовительных операций
В п. 1.4.2 были перечислены виды операций, предшествующих
выполнению непосредственно сборочным и монтажным операциям.
Необходимо, используя технологическую схему сборки и маршрутный ТП, перечислить конкретные виды таких операций для сборки
вашего изделия и выполнить их разработку. Наиболее информативным документом для разработки подготовительных операций
является международный стандарт IEC(МЭК) 61192-1 – Подготовка
компонентов. В данном подразделе рассмотрено содержание заготовительных и подготовительных операций для типовых ТП сборки и
монтажа PTH и SMD компонентов.
Сначала разберемся с заготовительными операциями, так как
не во всех маршрутных ТП сборки различных изделий они могут
иметь место. К заготовительным относят такие операции, как: размерная нарезка монтажных проводов, зачистка их концов и облуживание; нарезка перемычек для монтажа на ПП; размерная нарезка изоляционных трубок определенного диаметра; нарезка пленочных изоляционных материалов. Нарезка проводов и изоляционных
трубок осуществляется вручную или на автомате для мерной резки
монтажного провода или полихлорвиниловых трубок. А вот такие
34
операции, как приготовление всевозможных композиционных составов (паяльных паст, клеев, отмывочных растворов), очистка трафаретов, ракелей диспенсеров и другой оснастки, могут быть в составе практически любого ТП сборки и монтажа электронных изделий.
Для справки:
В некоторых случаях в единичном заказном производстве или
в опытной серии предусматривают выполнение механообрабатывающих операций для получения заготовок ПП нужного размера, формы и
качества обработки по контуру. Например, задача может заключаться
в разделении мультиплицированной заготовки ПП для точной укладки в накопитель с предотвращением выкрашивания торцевых поверхностей или для обеспечения точной сборки в конструкции следующего
уровня.
Заготовки ПП в единичном и мелкосерийном производстве получают разрезкой на одно- и многоножевых роликовых или гильотинных
ножницах. Применяемые ножи должны быть установлены параллельно друг другу с минимальным зазором 0,01...0,03 мм по всей длине
реза.
Чистовой контур ПП получают: штамповкой; отрезкой на гильотинных ножницах или на специальных станках с прецизионными алмазными пилами; фрезерованием.
Повышение производительности фрезерных работ достигается
групповой обработкой пакета ПП толщиной 10 ... 30 мм (фрезерование
«в пакете»). Для исключения повреждения поверхностей ПП, между
отдельными заготовками прокладывают картон, а пакет помещают
между прокладками из листового гетинакса.
В последнее время для чистовой обработки все большее распространение получают контурно-фрезерные многошпиндельные станки
с ЧПУ, которые обеспечивают хорошее качество кромок ПП и точность
размеров в пределах ±0,025 мм, позволяют обрабатывать внешние и
внутренние контуры за одно крепление, характеризуются высокой
производительностью (1500...2000 плат/ч) и надежностью. Они снабжены устройствами для автоматической смены фрез, защитными
экранами для ограждения оператора от шума, пыли и стружки при
обработке, бесступенчатым регулированием частоты вращения, инструмента в диапазоне 15...60 тыс./мин. Станок модели АКР 24 имеет
диапазон фрезерования 325×500 мм и 650×500 мм с двумя-четырьмя
шпинделями.
Просмотрите внимательно всю цепочку операций разработанного маршрутного ТП, выберите операции, нуждающиеся в предварительном выполнении заготовительных работ и опишите их
содержание.
35
1.5.2. Разработка подготовительных операций
Переходим к подготовительным операциям, без которых невозможен ни один ТП. К подготовительным технологическим операциям, необходимым для сборки любого изделия, типа печатный узел,
относятся следующие:
– подготовка ПП;
– подготовка компонентов;
– подготовка оборудования и оснастки.
Подготовка ПП. Виды и содержание подготовки ПП к монтажу
зависят от многих факторов, по которым были приняты определенные решения. Это вид компонентов, необходимость в сборочных
операциях, предваряющих монтаж компонентов, способ нанесения
паяльной пасты, выбранный способ монтажа компонентов (ручной,
роботом, автоматом-установщиком), способ получения паяных соединений, способ подачи на монтаж и др. Рассмотрим подготовку
ПП, типичную для практически вех разновидностей ТП монтажа.
Расконсервация. Расконсервация – это очистка ПП перед выполнением подготовки контактных площадок ПП к пайке и заключается в удалении консервирующего слоя (канифольный флюс, флюс на
основе полиэфирных смол). Вариант: промывка в спирто-нефрасовой смеси, промывка в проточной горячей воде, сушка.
Флюсование. Флюсование ПП производится для удаления оксидной пленки с поверхности контактных площадок, подготовка
их к облуживанию (финишному покрытию) и защиты от окисления в процессе облуживания. Эта операция выполняется непосредственно при облуживании.
Финишное покрытие. Процесс лужения заключается в покрытии контактных площадок тонкой пленной припоя, которая должна
быть сплошной, без трещин, пор, посторонних включений, наплывов и острых выступов. Большое разнообразие финишных покрытий говорит об отсутствии выбора в пользу какого-либо одного-двух,
удовлетворяющих всем требованиям по стоимости, смачиваемости,
долговременности и т.д. Их перечень широк:
– HASL (Hot-Air Solder Leveling).
– OSP (Organic Solderability Preservative);
– NiAu (ENIG – ElectrolessNi&ImmersionGold – химический никель и иммерсионное золото);
– ImSn (Immersion Sn);
– ImAg (Immersion Ag);
36
– ImBi (Immersion Bi);
– Pd (Electroplate or ElectrolessPd – химический или гальванический палладий);
– NiPd (Electroless Ni & Immersion Pd);
– NiPdAu (ElectrolessNiPd& Immersion Au);
– NiSn (Electroplate Ni & Sn);
– SnAg (Electroplate Sn & Ag);
Для выбора рассмотрим наиболее применяемые покрытия.
HASL-процесс горячего облуживания плат состоит в их погружении на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем.
Во время быстрой выемки плат их обдувают струей горячего воздуха, которая сдувает излишки припоя и выравнивает покрытие. Но,
несмотря на старания, наплывы припоя остаются. Особенно много
их на развитых металлических поверхностях. В последующей сборке наплывы мешают установке мелких компонентов, что ограничивает применение HASL. Тем не менее, с точки зрения качества и исключительной способности к пайке это покрытие, безусловно, наилучшее. Поэтому там, где изготовление плат и сборка происходят
в одном производстве, всегда стараются найти компромиссы, чтобы
использовать HASL.
Еще один существенный недостаток HASL-процесса – жесткий
термоудар, который испытывают платы при погружении в расплавленный припой. Чем выше рабочая температура припоя, тем серьезнее проблема обеспечения надежности межсоединений. Ряд предприятий не использует HASL-процессы для многослойных плат,
считая, что они уменьшают надежность внутренних межсоединений из-за таких термоударов.
Покрытие OSP обеспечивает защиту медной поверхности от
окисления в процессе хранения и пайки. В конце пайки этот слой,
выполнив свою функцию, теряет способность обеспечивать последующие процессы пайки. OSP-хорошая альтернатива HASL. Но OSP
имеет короткий жизненный цикл, что негативно сказывается на
технологической надежности. Это покрытие не обеспечивает многократную пайку, тем более при высоких температурах. Чтобы избежать этих затруднений, приходится использовать азот в качестве
нейтральной среды пайки.
Покрытие ENIG (~4 мкм Ni Н—0,1 мкм Au) – другая альтернатива HASL-процессам. Это покрытие свободно от ионных загрязнений и способно к многократной пайке при высоких температурах.
Тонкий слой золота защищает никель от окисления, а никель ста37
новится барьером, предотвращающим взаимную диффузию золота
и меди. Характерный для покрытия ENIGдефект – черные контактные площадки, появляющиеся на поверхности из-за выделения никеля и восстановленного фосфора. Во время пайки золото растворяется в припое и обнажает плохо паяемый слой фосфора. Припой
скатывается с фосфорированной поверхности, из-за чего и проявляется эффект черной контактной площадки. Черные контактные
площадки могут возникать также при передержке процесса пайки.
Передержка интенсифицирует образование интерметаллидов олова
с никелем и олова с фосфором, внедренным в никель. Выделение
фосфора на поверхности никеля может вызвать также процесс золочения. ENIG капризно в выборе флюсов, а его цена примерно на 25%
выше, чем у OSP. Преимущества ENIG:
– жизнеспособность более года;
– плоская контактная поверхность;
– хорошая смачиваемость припоем при правильном подборе
флюса;
– неокисляемая поверхность нажимных и скользящих контактов.
Иммерсионное олово (ImmSn) – еще одна альтернатива HASLпроцессам. Покрытие ImmSn популярно за счет обеспечения хорошей смачиваемости и простоты процесса осаждения. ImmSn демонстрирует лучшую паяемость, чем ENIG. Существуют ограничения
для применения ImmSn:
– самопроизвольные нитевидные кристаллические образования
(усы), которые могут приводить к короткому замыканию;
– образование интерметаллических соединений CuxSny При этом
способность к пайке исчезает, поскольку толщина иммерсионного
олова не превышает 1 мкм и CuxSnY быстро поглощает этот тонкий
слой. В последнее время возможность этого явления предотвращают введением барьерного подслоя различного содержания (металлоорганика и др.).
Но у ImmSn есть и преимущества:
– низкая стоимость процесса осаждения;
– хорошая паяемость;
– плоская поверхность покрытия (в отличие от HASL);
– хорошие условия для обеспечения беспаянных соединений
Press-Fit (впрессовывание штырей-хвостовиков разъемов в металлизированные отверстия плат).
Иммерсионное серебро (ImmAg). Толщина ImmAg не превышает 200 нм, поэтому расходы на реализацию этого покрытия незна38
чительны. Жизнеспособность ImmAg гораздо выше, чем OSP, но несколько меньше, чем ENIG. Изменение цвета покрытия в процессе
хранения, сборки и пайки – результат загрязнения воздушной среды сульфатами и хлоридами. Пожелтение не сказывается на свойствах ImmAg, но декоративность покрытия при этом страдает.
Дозированное формирование припойных материалов. Эта операция также относится к подготовительным и в зависимости от типа
производства может выполняться вручную, на полуавтоматах или
автоматах.
Трафаретный метод нанесения припойной пасты. Операция
заключается в продавливании припойной пасты через окна трафарета (сетчатого или фольгового) на контактные площадки платы.
Припойная паста уже содержит в себе и припой, и флюс и их пропорция является основной характеристикой пасты. Материалом
фольгового трафарета может быть пластина из сплава никеля или
из нержавеющей стали. Окна в трафарете обычно прорезаются лазером или протравливаются.
Наиболее важной фазой операции является продвижение пасты
ракелем вдоль поверхности трафарета. Паста должна продвигаться
с установленными параметрами усилия, угла и скорости. Трафарет
и ракель должны быть чистыми и паста должна иметь строго определенные значения этих параметров. Ошибки в этих параметрах
приводят к плохим характеристикам пайки, такие как непропай и
др. Практика показывает, что больше половины ошибок всего процесса сборки печатных плат приходятся именно на процесс нанесения припойной пасты.
Рассмотрим операцию нанесения
припойной пасты на ПП, применяемые способы и оборудование для выбора варианта.
1)
Дозатор
MD40
фирмы
Mechatronika (рис. 1.4) – это профессиональное оборудование для
нанесения припойной пасты и клея.
Данный автомат идеален для производственных участков с небольшой
площадью. Можно порекомендовать
данную систему для мелкосерийных
Рис. 1. 4. Установка
производств. Оборудование имеет хо- дозирования для нанесения
рошую точность позиционирования
припойной пасты MD40
39
по осям X и Y и достаточно высокую
скорость (до 15 000 доз в час). Максимальный размер печатной платы
350×380 мм. Производительность
15000 доз в час. Бесперебойную работу и простоту технического обслуживания обеспечивает продуманная
компоновка оборудования.
2) Дозаторы CamalotXyfexPro+ и
XyfexPro+SMT (рис. 1.5) обладают:
Рис. 1.5. Установка дозирования
а) высокой скоростью и точностью
для нанесения паяльной пасты дозирования;
CamalotXyfex
б) дозирующей головкой с линейными сервоприводами;
в) XyfexPro+SMT – только для поверхностного монтажа;
г) одинарной или двойной конфигурацией головы дозатора;
д) запатентованной системой взвешивания дозы, обеспечивающей автоматический контроль объема дозы для избежания снижения качества из-за изменений в составе материала;
е) автоматической системой очистки иглы;
ж) всеми видами дозирования: точка, линия, заливка и т.д.
Технические характеристики CamalotXyfex:
Производительность – 35000 точек/час;
Точность позиционирования (установки точки) – 38 мкм / 3 сигма;
Повторяемость
позиционирования – 10 мкм / 3 сигма;
Максимальная скорость перемещения 750 мм/с;
Максимальная рабочая зона 559 ×
559 мм.
3) Полуавтоматический принтер
E1 (рис. 1.6) – система, подходящая
для использования на производстве
с небольшими объемами выпускаемой продукции, но с частыми изменениями ассортимента.
Принтер E1, дает возможность
Рис. 1.6. Полуавтоматический
принтер трафаретной
максимально сокращать потери непечати Ekra Е1
производственного времени за счет
40
возможности быстрой перенастройки принтера на выпуск нового изделия. Продуманная конструкция печатающего устройства и
рабочего стола принтера гарантирует точность нанесения вещества
через трафарет на поверхность печатной платы и хорошую повторяемость в течение рабочего цикла. Принтер оборудован компьютером, в память которого могут быть внесены 99 программ печати как
односторонних, так и двусторонних печатных плат. Опционально
принтер оборудуется полуавтоматической видеосистемой, которая
позволяет значительно увеличить производительность производства.
Подготовка компонентов.
Компоненты поступают на сборку в заводской упаковке, или
в накопителях (ленты, пеналы). Содержание операций подготовки
компонентов зависит от типа компонента (PTH, SMD) и от вида выбранной технологии их монтажа (ручная, полуавтоматическая, автоматическая).
Подготовка компонентов к монтажу включает в себя:
– распаковку;
– входной контроль;
– подготовку выводов (правка, обрезка формовка выводов компонентов PTH);
– размещение в технологическую тару компонентов, поставляемых россыпью, или размещение ленточных питателей с компонентами в установке с групповой наладкой.
Потребность входного контроля вызвана ненадежностью выходного контроля на заводе – изготовителе, а также воздействием различных факторов при транспортировке и хранении, которые приводят к ухудшению качественных показателей готовых изделий.
Затраты на проведение входного контроля значительно меньше затрат, связанных с последствиями монтажа дефектного компонента.
Входной контроль навесных ЭРИ заключается в проверке их на
соответствие требованиям, изложенным в нормативных документах, а также на наличие паспорта и штампа ОТК. Визуально проверяются внешний вид ЭРИ. Это можно выполнять при распаковке,
проверяя целостность корпуса, выводов и маркировку на соответствие спецификации.
Подготовка выводов необходима, в основном, для компонентов
с выводами, монтируемых в отверстия.
Рихтовка (выпрямление) выводов вручную осуществляется с помощью прямого пинцета или плоскогубцев. В серийном производ41
Рис. 1.7. Полуавтоматическое
устройство итальянской фирмы Olamef типа ТР6
Рис. 1.9. Установка для обрезки и
формовки радиальных компонентов
модель TP/ ТS 1
Рис. 1.8. Высокопроизводительная
автоматическая система обрезки
и формовки выводов CompactLine
Рис. 1.10. Машина для формовки
аксиальных (осевых)
компонентов TP6/PR-F
стве применяются специальные рихтовочные полуавтоматы. После
рихтовки навесные ЭРЭ поступают на формовку и обрезку выводов.
Формовка выводов заключается в придании им необходимой формы. Обрезка выводов, как правило, совмещается с операцией формовки. Для этих операций предназначено специальное оборудование, которое позволяет в зависимости от конструктивных особенностей компонента, производить операции в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режимах (рис. 1.7 – 1.10).
При необходимости после формовки и обрезки выводов выполняется их лужение. Все выводы должны быть облужены по всей заданной длине и поверхности согласно операционным эскизам. После лужения и проверки его качества производится надевание изоляционных трубок на металлические корпуса ЭРЭ.
Высокопроизводительная система CompactLine™ предназначена
для автоматической обрезки и формовки выводов для всех суще42
ствующих на сегодняшний день типов корпусов. Одним из главных
достоинств системы CompactLine™ является инструмент, изготовленный по уникальной технологии и способный выдерживать до 5
млн. циклов. Вместительные магазины для подачи и выпуска изделий, двухстековая загрузка и выгрузка магазинов позволяют достигнуть высочайших показателей производительности (до 250 циклов/мин). Пневматическая двухцилиндровая установка для обрезки и формовки радиальных компонентов из россыпи и ИМС модель
TP/ТS 1. Среднее время переналадки составляет 4 мин.
Установка TP/ ТS 1 оснащена разнообразными формовочными
матрицами для выполнения различных формовок радиальных радиоэлементов и микросхем, имеет усиленные детали, позволяющие
формовать большие компоненты. Обеспечивается формовка компонентов с максимальной длиной 140 мм и максимальным шагом
между выводами – 45 мм., диаметр выводов 0,3 – 1,2 мм, производительность 2000 компонентов/час.
Модель TP6/PR-F была разработана для формовки и обрезки выводов осевых компонентов. Существует 3 версии данной модели для
выводов диаметром: от 0,5 до 0,9 мм; от 0,8 до 1 мм и от 1 до 1,4 мм.
Существует несколько формовочных матриц (шаблонов) на выбор
для каждой из трёх версий. Формовочные матрицы заказываются отдельно согласно требуемой формы изгиба и диаметра выводов
компонента. Качество и надёжность этих машин гарантируют высокую производительность до 25.000 шт./час.
Машина может быть оснащена питателем CS40 для подачи компонентов из россыпи.
Подготовка оборудования и оснастки заключается в проверке
его работоспособности, введении программы на выполнение предстоящей операции, установке всех необходимых приспособлений и
выполнение, при необходимости, регулировки.
1.6. Выбор видов соединений в объекте сборки
и разработка сборочно-монтажных операций
Все механические соединения деталей при сборке изделия делятся на неразъемные и разъемные. Применение разъемных соединений в электронных модулях крайне ограничено. К ним относятся:
электрические соединители; винтовые крепления рамок и уголков
к ПП; механические крепления крупногабаритных ЭРИ (крепление
ЭРИ к поверхности ПП с помощью хомутов, скобок); крепление де43
талей кондуктивного теплоотвода (пластин теплосъемников, тепловых разъемов и др.); крепление элементов монтажа типа трансформаторы, радиаторы и др.
Для выполнения такого рода соединений необходимо выбрать
диаметр и длину винтов, гайки и шайбы. Рассмотрим шкалу стандартных размеров винтов и выберем предпочтительные для различных видов соединений. Практическое применение в конструкциях
электронных модулей различного назначения находят следующие
винты (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Параметры винтов с полукруглой головкой по ГОСТ 17473-80
Номинальный диаметр d винта, мм
1,6
2
2,5
3
3,5
4
5
Шаг резьбы, мм
0,35
0,4
0,45
0,5
0,6
0,7
0,8
Диаметр головки,
мм
3,0
3,8
4,5
5,5
6,0
7,0
8,5
Длина резьбы, мм
9
10 –
16
11 –
18
12 –
19
13 –
20
14 –
22
16 –
25
В таблице указаны значения параметров винтов с полукруглой головкой в силу наибольшего применения винтов этого типа для операций сборки на поверхности ПП.
Винты диаметром 1,6 и 2,0 мм применяются для соединений малогабаритных деталей с малой массой. испытывающих низкие значения механических нагрузок. Тип головки винта – полукруглый.
Винты 4,0 и 5,0 мм выбираются для крупногабаритных деталей, сборка которых требует повышенных усилий затяжки системы
винт – гайка, что обеспечит устойчивость к высоким механическим
нагрузкам. Для таких соединений необходимы шайбы под головку
винта и под гайку для предотвращения растрескивания ПП в зоне
затяжки. Между шайбой и гайкой обязательно предусматриваем
44
установку пружинной шайбы для предотвращения самоотвинчивания при вибрации. Дополнительную устойчивость резьбовому
соединению к вибрационным нагрузкам можно придать закрашиванием головки винта или гайки специальным составом (краска
с клеем).
Диаметры 2,5–3,5 мм выбирают для механических характеристик соединения с промежуточными значениями относительно диаметров 2,0 и 4,0.
Теперь рассмотрим сборочные неразъемные соединения, к видам
которых для конструкций электронных модулей можно отнести:
склепывание, приклеивание, конструкционную пайку. Меньшее
распространение для соединения деталей конструкций приборов
имеют такие неразъемные способы, как пайка мягкими припоями,
соединения гибкой, деформацией металла. Соединения с натягом
(прессовые посадки) применяются в основном для установки на ПП
штыревых контактов (запрессовка с развальцовкой или расклепыванием хвостовика контакта с последующей пайкой).
Склепыванием (чаще всего пустотелыми заклёпками ввиду
меньших требующихся усилий склепывания) осуществляют присоединения к ПП различных деталей, разъем которых при эксплуатации не имеет смысла.
Сплошные заклепки наиболее эффективны для неразъемных соединений металлических деталей, испытывающих значительные
ударные нагрузки в условиях воздействия отрицательных температур и резких температурных перепадов.
Приклеивание используют для конструкционных и технологических целей (приклеивание компонентов к ПП для их удержания на поверхности при манипулировании ПП). Конструкционные
цели – это приклеивание к поверхности ПП различных элементов
крепления (хомутов, скоб), приклеивание пленочных изолирующих прокладок, кристаллов и компонентов монтажа для обеспечения необходимой механической устойчивости. Для обеспечения
герметичности в качестве клеев используются герметики, основная
функция которых заключается в заполнении пустот в шве.
В качестве универсального типа клея для многих условий эксплуатации можно выбрать клей ВК-9. Клей ВК-9 используется для
металлов (Сталь, Al), стеклотекстолита, керамики и др. У него большая теплостойкость и механическая прочность при повышенных
температурах. Клей представляет собой композицию из эпоксидной
и полиамидной смол.
45
При выборе вида сборочного соединения и параметров элемента – соединителя, в первую очередь, учитывается направление и
величина силового воздействия на проектируемое соединение. От
этого зависит, например, выбор диаметра крепежа, усилие свинчивания, шаг размещения точечных сварных и паяных соединений.
Необходимо учитывать толщину соединяемых деталей (в плоскости соединения) и вид материалов соединяемых деталей, податливость, пластическую деформацию, электрохимические потенциалы.
С позиции обеспечения технологичности необходимо выполнить
анализ доступности места соединения.
Если существуют специальные требования к конкретному соединению или оно относится к креплению критического элемента
конструкции, то необходимо выполнить:
– расчет конструктивных параметров соединения (диаметра
винтов, зазоров, длин расклёпываемых, развальцовываемых выступающих частей, длины резьбовой части стержня для навинчивания гайки и др.);
– расчет технологического режима (выбор или расчет параметров операции – усилия сжатия, величины удара, силы тока, температуры жала паяльника и др.));
– проверку расчетов (моделированием или испытанием).
Конечно, основным видом соединения при монтаже электронных
модулей является пайка, обеспечивающая электрические соединения компонентов с контактными площадками ПП и механическое
крепление компонентов. При проектировании этого вида соединения решаются три основные задачи: надо выбрать вид, материал и
способ.
Для справки:
Вид пайки: расплавленным припоем (паяльником или волной расплавленного припоя), групповой пайкой оплавлением предварительно
нанесенной припойной пасты, селективной пайкой расплавленным
припоем отдельных соединений.
Материал – припой или припойная паста.
Способ: паяльником (с выбором мощности), волной припоя, в печи
пайки (с ИК нагревом, конденсационным (парофазным) нагревом, конвекционным нагревом), микроволной головкой селективной пайки.
Пример выбора:
Согласно техническим требованиям к сборке и монтажу пайку волной необходимо производить припоем ПОС-61 ГОСТ 21931-76, а пайку
чип-элементов оплавлением паяльной пасты ПЛ-111 АУЭО.033.012 ТУ.
Основные свойства ПОС-61:
– температура плавления, °С 190;
46
– удельное электрическое сопротивление, Ом·м 0,139·10–6.
Основные свойства ПЛ-111:
– размер порошка 40–100 мкм;
– растекание пасты, при нанесении и оплавлении, не более 150 мкм;
– клеящая способность не менее 400 н/м2;
– адгезионная прочность не менее 5·106 н/м2;
– средний срок сохранения пасты 3 мес.
Поставляется в виде двух компонентов: порошка припоя и органического связующего. Перед применением компоненты смешиваются
в необходимой пропорции.
При выборе вида соединения необходимо учитывать возможные дополнительные требования-функции к каждому соединению,
предусматриваемому на ПП. Алгоритм выбора вида соединения
приведен на рис. 1.11.
Разработка технологических операций. На этом этапе решаются задачи рационального построения и выбора структуры технологических операций установки компонентов и пайки. Устанавливаются рациональная последовательность выполнения и содержание
переходов в операциях. Определяются требования, предъявляемые
к базирующим устройствам, устройствам относительной ориентации, сборочным головкам и другим функциональным элементам
оборудования. Устанавливаются исходные данные, необходимые
для расчетов оптимальных режимов сборки, и проводится их расчет. Осуществляется выбор оборудования, обеспечивающего оптимальную производительность при условии обеспечения требуемого
качества сборки. Выполняется расчет загрузки оборудования. Выбираются оснастка и вспомогательное оборудование.
Итак, приступим к решению центральной задачи: как организовать выполнение операций, как обеспечить выполнение необходимых качественных параметров операций и эффективности производственного процесса. В качестве теоретической базы рекомендуется использовать издания [1, 4, 5].
При анализе конструкции был выбран технологический вариант выполнения операций монтажа компонентов. Это один из трех
базовых вариантов монтажа компонентов на ПП: поверхностный
монтаж (все компоненты SMD); установка компонентов в отверстия
(PTH); комбинированная технология. Типовые операции в зависимости от варианта технологии приведены в табл. 1.4.
Кроме этих основных решений необходимо выбрать уровень автоматизации выполнения операций монтажа и определить необходимость в операциях ручного монтажа.
47
Чертеж сборочный. Технические
требования. Техническое описание
Да
Соединение
разъемное
Конструкция
разборная ?
Нет
Формирование
требований
и ограничений
Да
Соединение точечное ?
Соединение
неразъемное
Формирование
требований
и ограничений
Определение
количества
необходимых
точек
Нет
Определение вида и направления
основного силового воздействия на
соединение
Определение величины силового
воздействия
Необходимо
обеспечить соединением
тепловой контакт?
Нет
Да
Расчет параметров
тепловой
проводимости
Да
Необходимо
обеспечить герметичность
соединения ?
Требования на
герметичность
Нет
Расчет режимов соединения
Да
Соединяемые
детали могут деформироваться?
Выбор варианта
подготовительной
операции
Нет
Проверка электрохимического
потенциала материала деталей и
крепежа
Анализ технологичности вариантов
сборочного соединения
Выбор варианта соединения
Рис 1.11. Выбор вида сборочного соединения
48
Таблица 1.4
Типовой перечень операций монтажа компонентов
Поверхностный монтаж
Монтаж в отверстия
– установка ПП на позиции нанесения пасты;
– закрепление трафарета на ПП;
– нанесение пасты на ПП;
– подсушивание пасты;
– контроль параметров отпечатков;
– перемещение ПП в автомат-установщик;
– установка компонентов на ПП в соответствии с программой;
– контроль правильности положения
компонентов на ПП;
– перемещение ПП с компонентами
в печь;
– пайка компонентов;
– электрический контроль
смонтированного узла.
– установка ПП на
позиции монтажа;
– установка компонентов на ПП
в соответствии
с программой;
– перемещение ПП
в установку пайки
волной припоя;
– пайка компонентов;
– оптический и
электрический
контроль смонтированного узла.
Смешанный
монтаж
разработка
последовательности
выполнения
операций
в зависимости от количества сторон
монтажа
компонентов
на ПП и вида
компонентов
на каждой
стороне
Выбор технологического сборочного оборудования. Выбор сборочного оборудования проводится путем анализа затрат на реализацию технологического процесса в установленный промежуток
времени при заданном качестве выполняемых операций. В качестве
главного критерия выбора часто берут производительность технологического оборудования.
Установка компонентов на ПП является наиболее важной и
сложной операцией в технологическом цикле. Производительность
установки компонентов на плату определяет общую производительность монтажного участка.
Ручной монтаж. Наиболее простой, но малопроизводительный
метод установки компонентов – ручной, при помощи соответствующего инструмента. В этом случае большую роль играют субъективные факторы, уровень профессионализма и опыт оператора. Установка сложных и мелких компонентов отнимает у оператора много
времени, а для установки компонентов в корпусах BGA необходимо
специальное оборудование. Уменьшение шага компонентов и размеров контактных площадок приводит к повышению требуемой
точности установки компонента на плату. Если для DIP компонента
49
с шагом 2,5 мм достаточна точность ±0,25 мм, то для шага 0,63 мм
она возрастает до ±0,05 мм, а для шага 0,5 и менее ±25 мкм. Выдерживать и сохранять такую точность в течение рабочей смены оператору крайне сложно, поэтому для поверхностного монтажа более
характерна полуавтоматическая или автоматическая сборка.
Полуавтоматическая сборка. Из практики сложились следующие требования по точности позиционирования компонентов. На
контактную площадку (КП) должно приходиться не менее 60% ширины вывода и выступ за пределы КП не должен превышать 25 мкм.
Размеры КП и расстояния между компонентами наиболее важны
с точки зрения технологичности. Плотность компоновки определяет и ценовые критерии установки компонентов, пайки, очистки,
проверки и ремонтопригодности.
Самыми простыми и недорогими устройствами для установки
поверхностно монтируемых компонентов являются ручные манипуляторы, которые обычно состоят из следующих узлов:
1. Базовое устройство с пантографом.
2. Головка с автоматическим вакуумным захватом.
3. Встроенная вакуумная помпа или внешний компрессор.
4. Набор вакуумных наконечников.
5. Карусельный питатель для подачи компонентов из россыпи.
Установка состоит, как правило, из рабочего поля, на котором закрепляется плата. Над ней в полуавтоматическом режиме перемещается вакуумная присоска, предназначенная для захвата и перемещения компонента из накопителя на его место на плате. Оборудование комплектуется набором различных накопителей для компонентов (ленты, пеналы или поддоны). Полуавтоматы по установке
компонентов позволяют монтировать до 400ч500 компонентов в час.
Автоматическая сборка. Наиболее сложным, дорогим и высокопроизводительным оборудованием являются автоматические
установщики. Принцип их работы состоит в следующем. Файлы
САПР транслируются в исполнительные программы, посредством
которых монтажная головка устройства автоматически перемещает
компонент из накопителя на место его монтирования на плате. Производительность автоматических установщиков компонентов может доходить до 100 тыс. компонентов в час. Номенклатура устанавливаемых компонентов от ограниченного числа чипов и микросхем,
наиболее простых для установки, до сложных компонентов, таких
как чипы 0402 и 0201, ИМ с шагом выводов менее 0,6 мм и корпусов
с шариковыми выводами (BGA). Наиболее дорогостоящее оборудо50
вание позволяет монтировать и некоторые выводные компоненты.
Максимальная величина формата плат может достигать значения
457x508 мм. Формат головок для захвата и установки компонентов
диктует ограничения на максимальную плотность монтажа платы.
Ограничения на размещение компонентов (зазор между соседними
корпусами, высота рядом расположенных корпусов) налагают также установки оптического контроля качества нанесения паяльной
пасты и пайки.
В автоматах установщиках большое значение имеет используемое программное обеспечение. Желательно, чтобы оно имело следующие возможности:
– оптимизации исполнительной программы установки компонентов с точки зрения наиболее короткого перемещения головки;
– моделирования работы оборудования, позволяющего вычислять время сборки продукта без реального запуска автомата;
– сбор статистической информации о параметрах работы оборудования;
– возможность отбраковки помеченных бракованных плат;
– защиту от несанкционированного или неквалифицированного
доступа.
Выбор оборудования необходимо проводить исходя из особенностей конструкции платы и производительности участка. При лабораторном производстве оптимально использование полуавтоматов.
При больших объемах производства необходимо использование автоматов, которые помимо увеличения производительности повышают качество изделия и снижают вероятность ошибок.
Способы позиционирования. В технологии поверхностного монтажа компонентов различают четыре способа позиционирования
компонентов:
1). Конвейерное позиционирование («поточно-последовательное»). Плата движется по конвейеру вдоль нескольких модулей позиционирования. Каждый модуль осуществляет размещение одного типа корпусов.
2). Последовательное единичное либо групповое позиционирование. Одна или две управляемые от ЭВМ монтажные головки выбирают компоненты из питателей и устанавливают их на плате.
В некоторых автоматах подвижная головка перемещается в двух
направлениях (X и Y). Более частот применяются автоматы, где под
неподвижную головку подводится подвижный стол для позиционирования компонентов.
51
3). Последовательно-параллельное позиционирование. Последовательно-параллельное позиционирование называют также синхронно – последовательным, поскольку оно осуществляется в несколько приемов, причем за один прием устанавливается сразу
несколько компонентов в корпусах различной сложности. В этом
случае автоматы имеют координатный столик, на котором крепится плата и последовательно расположенные монтажные многозахватные головки. Столик по программе может перемещаться по
осям X-Y. Каждая головка устанавливает свой тип компонента либо
последовательно, либо одновременно.
4). Массовое или поточно-параллельное позиционирование. Многозахватные головки за один прием устанавливают на плату большой набор компонентов. За одну операцию ими заселяется часть
или вся плата.
Метод массового размещения более всего применим к очень высоким объемам вы-пускаемой продукции с низкой степенью смешанности компонентов для различных типов монтажа. Автоматыукладчики, использующие метод последовательного группового
размещения, могут обеспечить высокий уровень гибкости производства, но с более низкой скоростью позиционирования. Они применяются в случае низкого или среднего объема производства изделий с высокой степенью смешанности монтажа. Последовательно –
параллельные автоматы наилучшим образом приспособлены для
средних и высоких объемов работ при низкой степени смешанности
монтажа. В некоторых автоматах предусмотрена возможность смены монтажных головок и захватов. Это увеличивает гибкость производственных линий, хотя и снижает производительность.
Системы подачи компонентов. При разработке автоматовукладчиков используют принцип произвольного доступа, заключающийся в том, что компонент выбирается из пита-теля непосредственно перед позиционированием. Существует несколько способов
подачи компонента в монтажную головку:
– компонент переносится из питателя на место установки с помощью поворотной ба-шенной головки.
– монтажная головка сама захватывает компонент непосредственно из питателя и размещает его на плате.
– питатели устанавливаются на каретку, управляемую ЭВМ, которая в нужный момент подает на сборку требуемый компонент.
От метода подачи компонентов зависит конструкция питающих
механизмов. Применение поворотных башенных головок и подвиж52
ных кареток ограничено конструкцией и типоразмерами корпусов,
поставляемых на лентах – носителях. Питатели этого типа позволяют производить высокоскоростную сборку. Автоматы с такими
системами питания, как ленты-носители компонентов, магазинышины и ячеистые магазины, производят захват каждого компонента отдельно и имеют низкую производительность, но они обладают
большой гибкостью применительно к разным типам конструкций
компонентов.
Производительность автоматов-укладчиков компонентов может
составлять от 500 до более чем 100000 компонентов в час. Автоматы
сильно отличаются друг от друга по своей гибкости, методам позиционирования, уровню конструктивной сложности, и подразделяются на четыре группы:
– автоматы с производительностью менее 4000 компонентов
в час. Предназначены для выпуска небольших партий изделий
в научно-исследовательских лабораториях или опытных партий на
этапе освоения техники поверхностного монтажа. Их конструкция
разрабатывается с учетом удобства работы в период обучения специалистов. Сюда также входят высокопрецизионные автоматы для
позиционирования PLCC.
– автоматы со средней производительностью 4000–6000 компонентов в час. Большая часть этих машин обладает способностью
к гибкой перенастройке.
– высокопроизводительные автоматы: 9000–20000 компонентов в час. Предназначены для позиционирования чип-компонентов
в прямоугольном корпусе или в корпусе типа MELF, а также компонентов в корпусе типа SO.
– автоматы для массового производства: более 100000 компонентов в час. Они могут устанавливать только простые чип-компоненты.
Производительность и уровень гибкости автомата-установщика определяют потенциальные возможности его применения. Гибкость установщика определяется количеством типоразмеров корпусов компонентов и конструкций питателей, с которыми он в состоянии работать. Малопроизводительные установщики, обладающие
высокой гибкостью, могут работать со всеми форматами упаковки
поставляемых компонентов (лента-носитель, магазин-шина, ячеистый магазин). Гибкость оборудования связана со следующими
факторами:
– ограниченным количеством входов загружаемых компонентов
различных типоразмеров, обычно менее 60 (увеличение числа типо53
размеров корпусов компонентов, с которыми может работать технологическая линия, требует совместного использования нескольких
сборочных модулей).
– высокоточным позиционированием с использованием системы
технического зрения, рекомендуемой для установки компонентов
с малым шагом выводов (менее 0,635мм).
Перспективной концепцией для монтажных автоматов является
концепция, где каждая единица оборудования многофункциональна, т. е. решает как можно более широкий круг задач, а применение
отдельного оборудования для каждой отдельной задачи будет неэкономичным.
В соответствии с видом компонентов различают и автоматизированное оборудование для установки SMD и PTH компонентов. Для
выбора рассмотрим примеры оборудования и технические характеристики.
1).
Полуавтоматический
манипулятор
MM500
фирмы
Mechatronika предназначен для установки SMD-компонентов. Используется для сборки мелких и опытных серий несложных изделий (рис. 1.12).
Достоинства:
а) простота работы и программирования, надежность, низкая
стоимость;
б) встроенный пневматический программируемый дозатор паяльной пасты или клея;
в) встроенный компьютер (не требует дополнительного компьютера и места под него);
г) автоматическая карусель с 45/90 ячейками для компонентов
из россыпи;
д) программное обеспечение загружено в отдельный компьютер,
что позволяет импортировать данные из CAD-приложений и хранить
архивы программ;
е) видеокамера и монитор для обзора печатной платы на мониторе;
ж) ручные и автоматические питатели для лент и пеналов.
2). Автоматы MYDATA (Швеция)
Рис. 1. 12. Полуавтомат
являются
одними из признанных
для установки компонентов
лидеров
в точности
и скорости переMM500
54
хода с одного изделия на другое.
Скорость заправки современных
питателей от MYDATA исчисляется секундами. Сокращение времени
простоя приводит к тому, что при
равных скоростных характеристиках, указанных по IPC 9850, в конце рабочей смены линия с автоматом MYDATA выпускает на 20–50%
большее количество продукции.
Высокая точность позволяет автоРис.1.13. Автомат
для установки компонентов
матам MYDATA осуществлять сборсерии MY
ку, соответствующую самым жестким современным требованиям.
Число в названиях моделей обозначает количество мест под питатели и сборочный стол (например, MY9 – 9 мест, из которых рабочий
стол занимает минимум 3 места и т. д.). Установщик типа MY9 (рис.
1.13) обеспечивает общую емкость питателей в 96 восьмимиллиметровых лент с компонентами, а установщики MY12, MY15 и MY19
обеспечивают общие емкости в 144, 192 и 256 лент соответственно
(при установке сборочных столов, занимающих 3 места). Благодаря
тому, что все питатели электронные и с линейным приводом, воздух
необходим только для захвата и монтажа компонентов. Его потребность обеспечивает встроенная в машину помпа.
Рис. 1.14. Установщик SMD компонентов QM-1500
55
3). Автоматический установщик компонентов QM-1500 (рис.
1.14).
QM 1500 – автоматическая машина для установки компонентов
поверхностного монтажа. Оснащена прочной виброустойчивой станиной, приводами, позволяющими быстро и точно устанавливать
компоненты, а удобное программное обеспечение обеспечивает возможность быстрого программирования и переналадки оборудования на новый тип изделий.
Установка оснащена системой технического зрения, позволяющей выравнивать печатную плату и компоненты, что обеспечивает
точность установки до 25 мкм.
Технические характеристики установки приведены в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Технические характеристики установщика SMD компонентов QM-1500
Максимальная скорость устадо 2 500 компонентов / час
новки
430 × 330 мм
Рабочая область
Мин. размер устанавливаемого
0402 (опционально 0201)
Видеосистема
Выравнивание платы, центрирование
компонентов
Захватывающая
головка 1 головка пипетного типа
Разрешение приводов
по осям Х и Y 12 мкм
Точность позиционирования
25 мкм
Максимальная вместимость
фидерной консоли
60 питателей под ленты 8 мм
Устанавливаемые компоненты
Chip, IC’s (SOP,QFP,BGA)
Рис. 1.15. Монтажная
станция Royonic 550
56
4). Для установки компонентов,
монтируемых в отверстия, возможно
использование следующего оборудования:
– монтажная станция Royonic 550
(Royonic, Германия) (рис. 1.15 и технические характеристики станции в табл.
1.6). Особенности станции:
– эргономичный дизайн;
– удобство эксплуатации;
– возможность объединения установок в сеть.
Таблица 1.6
Технические характеристики Royonic 550
Наименование:
Параметр:
Примечание:
Количество
78 шт.
Размер магазина: 620 × 105 × 50 мм
магазинов:
Размер одиночной ячейки: 73 × 88 × 45
мм .Также возможно разделение ячеек
Количество ячеек:
624 шт.
при помощи перегородок. Другие
размеры ячеек также возможны.
Скорость установки
до 1600
Типовой диапазон составляет 700 –
компонентов:
комп./час.
1000 комп./час
Ошибка:
0,02%
-
5) FINEPLACER®matrixma (рис.
1.16) – это полуавтоматическая универсальная монтажная станция, представляющая собой последнюю разработку компании Finetech. Установка
имеет модульную конструкцию, что
позволяет легко наращивать ее для
обработки самых различных приложений. Построенная на новых эргоноРис. 1.16. Монтажная
мических принципах, эта передовая
станция
платформа имеет большую рабочую
FINEPLACER®matrixma
площадь и высокую точность монтажа, а также открытую аппаратную и
программную архитектуру.
Основные характеристики:
– Точность позиционирования свыше 3 мкм;
– Размеры монтируемых компонентов от 0.1×0.1 мм до
150×150 мм;
– Поддерживаемые размеры плат до 350×350 мм;
Поддерживаемые технологии.
Вследствие модульности конструкции монтажная станция
FINEPLACER®matrixma поддерживает все известные технологии
поверхностного монтажа:
– термокомпрессионный монтаж;
– термо- и ультразвуковая сварка;
– монтаж на клей, паяльную пасту или преформы припоя, пайка
(AuSn, C4, In, эвтектика);
– адгезивные технологии монтажа.
57
Ключевым элементом установки FINEPLACER®matrixma является автоматическая система управления рабочей головкой — манипулятором. Конструкция самих головок может отличаться, но
все имеют одинаковую систему крепления/управления, для быстрой переналадки установки на другую техническую операцию,
например, с эвтектической пайки на ультразвуковой монтаж.
Автоматическое позиционирование кристалла и синхронизованный контроль всех параметров процесса исключает возможность
возникновения ошибки вследствие человеческого фактора, что позволяет получать гарантированно надежные результаты.
6). Монтажная станция Royonic 712-й серии (рис. 1.17) – наиболее выгодное решение для быстрого и качественного монтажа выводных компонентов в отверстия вручную. В систему помещается до
15 сменных магазинов, каждый из которых состоит из 8 одинарных
съемных ячеек (в общей сложности до 120 одинарных ячеек).
Станция оснащена сенсорным экраном для управления работой.
Доступ ко всем функциям станции осуществляется всего лишь одним или двумя нажатиями на сенсорные кнопки. Программы сборки можно создавать офф-лайн из данных сборки или путем сканирования печатной платы и обозначения мест монтажа компонентов.
Держатель печатной платы расположен на наклонной поверхности,
благодаря чему плату легко устанавливать, фиксировать и монти-
Рис. 1.17. Монтажная станция Royonic 712-й серии
58
ровать. Электронно-управляемая система индикации места монтажа компонентов четко указывает оператору, куда должны быть
установлены компоненты. Освещаемая рабочая область: 500 × 500
мм. Для работы системы индикации не нужна калибровка, регулировка или стадия нагрева.
Основные технические характеристики:
– ЖК-монитор (12»).
– Антистатическая защита компонентов.
– Отсек для хранения компонентов (120 одинарных ячеек.
– Количество магазинов – 15.
– Габаритные размеры магазина (Ш×Г×В) – 73 × 88 × 45 мм.
– Средняя скорость монтажа 700 – 1000 комп./ч.
Безопасный источник света четко показывает форму и место положение компонента. Лазер используется только для особых случаев, а мягкий свет галогенной лампы может использоваться в течение долгого периода времени, не вызывая усталости глаз оператора.
Для индикации компонента используется динамичное световое
пятно (и звуковой сигнал). Полярность и ориентация компонента
показываются красным световым пятном.
Во всех системах используется уникальная система магазинов
для удобного хранения и перемещения компонентов. В каждый
магазин может быть установлено до 8 одинарных ячеек. Для работы с большими компонентами можно использовать сдвоенные
ячейки (равные двум одинарным ячейкам). Также можно установить в магазины перегородки, чтобы разделить их на ячейки разной величины. Компоненты могут загружаться в ячейки
в произвольном порядке. Благодаря программному управлению
ячейка с компонентом, который нужно устанавливать, всегда
находится перед оператором, а именно между оператором и собираемой печатной платой. Подача нужной ячейки занимает от 1,5
до 4 секунд, поэтому оператору не нужно тратить время на поиск
нужной ячейки с компонентом. Подача следующей ячейки осуществляется либо нажатием на большую клавишу, расположенную перед ячейкой с компонентами, либо нажатием на ножную
педаль (опция).
Операции пайки. Установленные на ПП компоненты в зависимости от их конструктивного исполнения необходимо распаять,
т. е. образовать качественные паяные соединения компонентов
с контактными площадками посадочного места. Процесс пайки
регламентируется международным стандартом IEC(МЭК) 61192-1,
59
в котором установлены требования к выполнению всех видов пайки, включая лазерные и комбинированные, построению термопрофиля, а также требования к досборочным и послесборочным операциям.
Операция оплавления припойной пасты и применяемое оборудование. Для оплавления пасты и получения паяного соединения
используют печи, которые отличаются количеством зон нагрева и
методом подогрева – инфракрасным, конвекционным, конденсационным, смешанным.
Инфракрасные печи имеют низкую цену и применяются при изготовлении несложных плат. Обусловлено это тем, что инфракрасный тип нагрева имеет целый ряд отрицательных эффектов. Наиболее существенно влияют на работу следующие:
– теневой эффект. Высокие элементы могут закрывать более низкие, создавая так называемую «тень», то есть зону, где высока вероятность непропая. Также некоторые элементы могут закрывать
свои собственные выводы;
– существенное влияние на процесс пайки оказывает отражающая способность корпуса элемента;
– нестабильность распределения температуры внутри отдельных
зон.
Всех этих отрицательных моментов лишены печи с конвекционным методом нагрева. Горячий воздух распределяется внутри рабочего объема печи таким образом, что в каждой точке создаются
одинаковые условия пайки, одинаковая температура. Зависимость
от отражающих качеств элемента отсутствует.
Но управлять горячим воздухом труднее и выполнять это технически также сложнее. Поэтому конвекционные печи имеют цену
значительно выше.
При выборе печи в первую очередь необходимо определить длину
рабочей зоны. Она будет зависеть от производительности сборочного оборудования. Принимаем во внимание, что минимальное расстояние между печатными платами в печи оплавления будет равно
длине платы. Имея эти данные, можем подсчитать минимальную
скорость конвейера печи. Она будет равняться отношению двойной
длины ПП к времени сборки. Время сборки одной ПП примем за 5
минут. Ориентируясь на время оплавления (примерно 7 минут для
свинцовой технологии), можно подсчитать длину рабочей зоны печи
оплавления.
Полученная информация будет основной при выборе печи.
60
В целях экономии средств для сборки устройства, рассматриваемого в проекте, а также мелкосерийный объем производства, можно наложить ограничение: например, печь будет стоять отдельно,
следовательно, ей не нужна конвейерная система для автоматизации транспортных связей с другими устройствами линии сборочного участка.
Установим необходимую максимальную температуру нагрева
печи для свинцового припоев типа ПОС до 300°С.
Теперь рассмотрим параметры самой ПП: максимальную длину и ширину, толщину, ее многослойность. Максимальная ширина ПП определяет ширину конвейера печи. Конвейер может быть
сетчатый/струнный либо цепной. Сетчатый конвейер используется
при односторонних платах. При двухсторонних необходимо выбирать цепной конвейер.
Количество слоев ПП – один из основных критериев выбора печи
оплавления. Печи различаются технологией поддержания температуры, т. е. насколько печь держит реальную температуру в зоне и
на самой плате соответственно. Технология поддержания заданной
температуры также является определяющим параметром стоимости печи. Для менее теплоемких плат (толщиной 1,5мм) подойдут
и более простые печи. Для контроля точности подержания температуры можно использовать проводные и беспроводные построители
термопрофиля. И можно сравнить, насколько заданные в печи параметры термопрофиля отличаются от реальных.
Следующий критерий – количество зон. Как правило, при небольшой производительности печи достаточно четырех зон предварительного нагрева и пиковой зоны, в которой и производится непосредственное оплавления паяльной пасты. Увеличение количества
зон предварительного нагрева и пиковых зон облегчит настройку
термопрофиля. Следует обратить внимание на мощность модулей
нагрева в каждой зоне и возможность регулирования скорости потока. От этого зависит инерционность печи, то есть время восстановления и точность поддерживания температуры в зоне. Нижний
нагрев в зонах предварительного нагрева предпочтителен, но не
обязателен, все будет зависеть от перечисленных выше параметров
ПП. Однако нижний нагрев в пиковой зоне – обязательное требование. Наличие двух и более зон охлаждения позволяет сгладить
термоудар при выходе платы из печи.
Исходя из приведенных выше требований, надо сделать выбор,
используя приведенные ниже примеры.
61
Рис. 1.18. Конвекционная печь оплавления припоя SehoGoReflow 1.8
Таблица 1.7
Производитель
Метод оплавления
Количество зон нагрева верхних/ нижних
Точность поддержания температуры, °С
Длина зоны нагрева, мм
Скорость конвейера, мм/мин
Тип конвейера
Габаритные размеры (Д×Ш×В), мм
Длина зон охлаждения, мм
Seho (Германия)
Конвекционный
5/5
±1
1850
До 2000
Сетчатый
3200×1250×1380
600
°С
Температура
250
220
200
150
100
Т1
50
Т2
Предварительный нагрев
50
Т3
Смачивание
100
Оплавление
150
200
250
Охлаждение
Время, с
Рис. 1.19. Температурный профиль процесса пайки
62
1). Конвекционная печь SehoGoReflow 1.8, производство Германии (рис. 1.18). Ее основные параметры приведены в табл. 1.7.
Температурный профиль пайки представлен стандартным профилем для припоя типа ПОС-61. Предварительных нагрев платы
длится 60 секунд. За это время нагрев платы составит 185 °С. Затем
наступает зона смачивания длительностью 80 секунд, температура
платы в этот период остается неизменной. После происходит резкий
нагрев платы до 250 °С, в результате которого припой оплавляется,
после чего начинается охлаждение платы. Общая продолжительность пайки составляет 265 секунд. Температурный профиль процесса пайки изображен на рис. 1.19.
Параметры печи оплавления Seho
2). Печи оплавления припоя Heler серии Mark III.
Печи оплавления припоя Heller серии Mark III выпускаются с семью, девятью и тринадцатью зонами оплавления.
Особенности печи:
а) работа по свинцовой и бессвинцовой технологии;
б) компактный дизайн;
в) энергосберегающий дизайн, позволяющий минимизировать
потребление электроэнергии;
г) экономный расход азота;
д) большее количество зон нагрева по сравнению с печами других производителей позволяет создать максимально плавный рост
температурного профиля;
е) нижний подогрев в стандартной комплектации;
ж) система удаления флюса (Gen 5.2 и Gen 9.2) с функцией самоочистки без приостановки производства;
з) возможность считывания штрихкодов для отслеживания продукции;
и) ECD – встраиваемое программное обеспечение для отслеживания
условий производства и получаемого
качества продукции;
к) автоматическая смазка конвейера;
л) соответствие международным
стандартам.
На рис. 1.20 представлен внешний
Рис. 1.20. Печь оплавления
вид печи Heller серии Mark III. В табл.
припоя Heller серии Mark III
63
Таблица 1.8
Технические характеристики печи оплавления припоя Heller
серии Mark III
1707МК III
1809MKIII
Габаритные раз- 3400×1370×1600 4650×1370×1600
меры (Ш×Г×В)
мм
мм
Количество зон
7 (1830 мм)
9 (2650 мм)
нагрева
Количество зон
1 (350 мм)
3 (750 мм)
охлаждения
Макс. ширина
460 мм
платы
Макс. темпера350° С
тура нагрева
Электропитание
1913MKIII
5890×1370×1600
мм
13 (3650 мм)
4 (1000 мм)
3 × 380 В / 50 Гц
1.8 представлены технические характеристики печи оплавления
припоя Heller серии Mark III.
3). Инфракрасная печь оплавления припоя MR10A фирмы
MECHATRONIKA(рис. 1.21). Предназначена для оплавления припоя или
полимеризации клея. Печь снабжена
микропроцессорным управлением и
позволяет запоминать до 16 профилей
нагрева. Время одного цикла работы
4 – 10 минут. Проста в обращении и не
требует специального технического обслуживания.
Печь обладает следующими техническими
характеристиками:
Рис. 1.21. Инфракрасная печь
– рабочая зона 200×300 мм;
оплавления припоя MR10A
– максимальная высота компонентов – до 40 мм;
– максимальный размер ПП – 70×270 мм.
4). Конвейерная конвекционная печь для пайкиGF-125HT DDM
Novastar (рис. 1.22).
Конвейерная печь GF-125HT предназначена для профессиональной пайки компонентов на ПП методом оплавления. В печи GF125HT применен метод горизонтальной конвекции, при котором
воздух циркулирует в направлении поперек движения печатной
64
Рис. 1.22. Конвейерная конвекционная печь
для пайки оплавлением GF-125HT DDM Novastar
платы. При этом обеспечивается более точное по сравнению с обычным методом конвекции поддержание заданной температуры в различных точках платы, в том числе и на краях. Особенно это важно
при больших размерах платы.
Конвейерная печь полного конвекционного оплавления GF125HT имеет пять температурных зон – четыре зоны предварительного подогрева и одну зону оплавления. На выходе печи расположена зона охлаждения. Нагреватели в печи расположены сверху и
снизу рабочих камер. Мощные вентиляторы в каждой зоне создают воздушный поток, обеспечивающий равномерный прогрев всех
компонентов платы и идеальную передачу тепла.
Дополнительный вентилятор на выходе печи обеспечивает быстрое охлаждение печатных плат. Имеется возможность регулирования скорости вращения вентилятора охлаждения. Воздух в каждой из камер подвергается рециркуляции в пределах границ камеры, что позволяет уменьшить различия в таких параметрах как
температура, скорость подачи потока воздуха, давление.
Конвейерная система с регулировкой скорости обеспечивает
плавное перемещение односторонних или двухсторонних ПП.
5). Конденсационная (парофазная) пайка в технологии поверхностного монтажа (рис. 1.23).
Для конденсационной пайки, также называемой пайкой в паровой фазе используется теплота конденсации рабочей жидкости, которая расплавляет паяльную пасту припоя для получения паяных
65
Рис.1.23. Система вакуумной
парофазной пайки VP 800
соединений. Развитие конденсационной пайки относится к этапу
становления технологии поверхностного монтажа, когда продукцию выпускали ограниченными объемами, поэтому большая часть
аппаратов конденсационной пайки относится к камерному типу.
Впоследствии для массового производства было разработано парофазное оборудование для «встраивания» в конце технологических
линий по установке компонентов. Двумя главными характеристиками конденсационной пайки являются:
– температура изделия не может превышать температуру испарения (или конденсации) рабочей жидкости, тем самым предотвращается перегрев температурно-чувствительных материалов;
– распределение температуры для всех компонентов и ПП должно быть очень равномерным, чтобы уменьшить температурные градиенты, которые могут вызвать деформацию или трещины компонентов или слоистой ПП при пайке в паровой фазе.
В настоящее время интерес к конденсационной пайке резко возрос. Для оловянно-свинцовых и бессвинцовых припоев разработаны
рабочие жидкости, свойства которых удовлетворяли требованиям
природоохранного законодательства. В процесс парофазной пайки
включен предварительный нагрев для снижения тепловых ударов,
что позволило лучше контролировать температурный профиль. Более низкие капитальные затраты и уже отмеченные свойства конденсационной (парофазной) пайки хорошо подходят для монтажа
опытных образцов ПП.
66
Операция пайки волной припоя и применяемое оборудование.
Пайка волной припоя применяется для пайки компонентов, установленных в отверстия плат. Это самый распространенный метод
групповой пайки навесных элементов. С ее помощью можно производить пайку поверхностно-монтируемых компонентов с несложной конструкцией корпусов, устанавливаемых на одной из сторон
коммутационной платы. Преимуществом данного метода являются
высокая производительность, возможность создания комплексноавтоматизированного оборудования, ограниченное время взаимодействия припоя с платой, что снижает термоудар, коробление диэлектрика, перегрев элементов.
6). Установка HS03-2000 обеспечивает высококачественную
пайку ПП (рис. 1.24).
Основные характеристики установки:
– флюсование методом вспенивания;
– тепловая завеса с использованием широкого поперечно-проточного вентилятора между флюсователем и предварительным нагревом;
– предварительный нагрев – двухзонный;
– сменные насадки для припоя с вихревым распределением потока позволяют избежать засорения;
– охлаждение с использованием пропеллерного вентилятора;
– система очистки направляющих;
– возможно использование для бессвинцовой пайки.
Технические характеристики установки приведены в табл. 1.9.
Рис.1.24. Установка пайки волной HS03-2000
67
Таблица 1.9
Технические характеристики установка пайки волной HS03-2000
Средняя потребляемая мощность
15 КВт
Габариты
3000×1300×1600 мм
Максимальная высота компонента
150 мм
Длина зоны нагрева
1000 мм
Предварительный нагрев
Воздушная конвекция
Охлаждение
Принудительное воздушное охлаждение
Скорость конвейера
0,3 – 2 м/мин
Ширина печатной платы
50 – 320 мм
Толщина печатной платы
0,5 – 3,2 мм
Максимальная высота волны
10 мм
Точность контроля температуры
при 260 °C
±1
7). Система пайки волной припоя ELECTROVERT Vectra Elite
(рис. 1.25).
Особенности системы:
– работа по свинцовой и бессвинцовой технологиям;
– удобный и быстрый доступ к системе;
– возможные системы флюсователей: Servo Spray и Performa;
– насадки UltraFill™ для работы по бессвинцовой технологии;
– конвекционный и ИК-преднагрев;
– ширина платы – до 460 мм;
– длина зоны предварительного нагрева – до 1,8 м.
Рис.1.25. Система пайки волной припоя
ELECTROVERT Vectra Elite
68
Технические характеристики:
Габаритные размеры (ДхШхВ) 3925×1557×1727 мм;
Максимальная ширина платы 457 мм;
Максимальное количество флюсователей – 2;
Преднагрев 1200 мм;
Устанавливаемые волны coN2tour, Lambda, Rotary chip,
ExactaWave, UltraFill
Устранение перемычек.
8). Настольная установка «MASTER WAVE», представленная на
рис. 1.26, предназначена для пайки волной припоя как выводных,
так и поверхностно монтируемых (SMD) компонентов. Конструкция
«MASTER WAVE» обеспечивает оператору удобство в эксплуатации
и хороший доступ к узлам установки для их обслуживания.
Конструкция системы MasterWave предусматривает компенсацию температурного расширения для обеспечения идеальной параллельности направляющих. Это гарантирует плавное перемещение каретки по конвейеру без риска её падения, заклинивания или
деформации в течение многих лет эксплуатации установки.
Система предварительного подогрева плат и ванна для припоя
потребляют по 6 кВт каждая. «Интеллектуальная система» позволяет переключать энергию на приоритетный потребитель, обеспечивая, таким образом, общее потребление установки на уровне
всего лишь 6 КВт. Флюсователь установки состоит из 5 литрового
бака для флюса, пенообразующей пористой трубки, наконечника
и двух мембранных насосов с клапаном для управления потоком
воздуха. Для работы с флюсами с низким содержанием твёрдых частиц к установке также можно подключить компрессор, подающий
– Габариты (Д × Ш × В): 1730 × 880 × 660 мм
Рис. 1.26. Установка пайки волной MasterWave
69
сжатый воздух в пористую трубку пенообразователя. Флюсователь
предназначен для работы с флюсами на основе искусственной или
естественной канифоли, флюсами на водной основе, флюсами, не
требующими отмывки, а также с флюсами с низким содержанием
твёрдых частиц. Следом за флюсователем установлен воздушный
нож, удаляющий избыток флюса с поверхности платы и ускоряющий испарение растворителя.
Долговечный, малочувствительный к цвету плат и компонентов инфракрасный нагреватель, работающий на длине волны 4,5
мкм, практически не требует обслуживания и обеспечивает равномерный подогрев паяемых узлов. Верхняя горячая поверхность нагревателя защищена специальным высококачественным стеклом,
свободно проводящим тепло. Зеркально обработанная поверхность
крышки из нержавеющей стали, расположенной сверху узла, создаёт «эффект туннеля», что обеспечивает равномерность повышения
температуры паяемого узла.
Установка пайки волной «MASTER WAVE» работает с платами
шириной до 304 мм и длиной до 406 мм с установленными на них
компонентами высотой до 80 мм. Каретка, на которой закрепляются платы, снабжена титановыми фиксаторами, размещёнными на
подстраиваемых продольных планках.
Три картриджных нагревателя расположены внутри ванны для
припоя, что обеспечивает лучшую эффективность нагрева и уменьшение энергопотребления. Бесщёточные электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью вращения обеспечивают
постоянную производительность насоса для создания равномерной
и стабильной высоты волны. В ванне установлены два подстраиваемых экрана, предназначенные для уменьшения высоты свободного
падения волны и, связанного с этим, уменьшения шлакообразования.
Панель управления позволяет отображать и управляет всеми
необходимыми параметрами работы установки: скоростью конвейера, температурой предварительного подогрева плат, температурой
припоя в ванне. В установке используются бесщёточные электромоторы переменного тока с регулируемой скоростью вращения, что
позволяет плавно изменять скорость движения конвейера и отображать её на дисплее в см/мин. Два термоконтроллера с цифровыми
дисплеями предназначены для управления температурой припоя
в ванне и температурой системы предварительного подогрева плат,
обеспечивая стабильность и повторяемость заданных параметров.
70
Вся электроника собрана в отдельном отсеке, расположенном в задней части установки.
Завершив выбор оборудования, можно приступить к заполнению технологической карты на монтажную операцию. Пример
эскизно-операционной карты монтажа приведен в приложении К.
Допускается составление любого вида операционной карты.
Последовательность сборочных операций устанавливают исходя из характеристики схемы сборочного состава (виды сборочных
разъемов, вид и количество сборочных элементов в каждой ступени сборки, количество ступеней сборки) и других главным образом
организационно-технических условий. Предшествующие операции
не должны затруднять выполнения последующих; при поточной
сборке время операции должно быть равно или кратно темпу; например, после выполнения операций, при которых имеется вероятность получения брака, а также после операций, содержащих регулировку или пригонку, обязателен контроль.
1.7. Разработка заключительных операций
1.7.1. Анализ способов и средств очистки смонтированных
электронных узлов
К заключительным операциям относятся операции очистки модуля и нанесения влагозащитного покрытия.
После пайки с платы необходимо удалить остатки флюса и все
загрязнения различного характера, накопившиеся на поверхностях ПП и компонентов. Существуют две категории отмывок, выпускаемых промышленностью – основанные на растворителях, и на
водной основе.
Технологии очистки находятся в состоянии постоянного совершенствования. Широко использующаяся в России спирто-бензиновая смесь для отмывки плат от остатков флюса и технологических
загрязнений теряет эффективность по мере уменьшения размеров
компонентов. В уменьшающихся пазухах и зазорах нет нужного обмена раствора, чтобы вымыть оттуда технологические загрязнения.
Желание улучшить отмывку увеличением времени отмывки приводит к вымыванию связующего в ПП, образованию белесоватости
на поверхности плат. Практикуемая в зарубежье конденсационная
очистка, использующая хлорированные и фторированные углеводороды, постепенно исчезает в интересах экологии. В то же самое
71
время требования к очистке непрерывно ужесточаются. В электронной индустрии, где чистота была всегда важна, она стала еще
более критическим фактором в обеспечении состоятельности высоких технологий.
Очистка должна удалять загрязнения всех типов: остатки солей
электролитов, травящих растворов, осветлителей, масла, флюсы,
активаторы флюсов, жировые отпечатки пальцев и загрязнения поверхностей из атмосферы (жировые загрязнения, пыль, ворсинки,
абразивные частицы).
Загрязнения органического происхождения часто представляют
собой тонкую жировую пленку, покрывающую поверхность сплошным слоем. Силами молекулярного взаимодействия жировая пленка прочно удерживается на поверхности. Чем тоньше пленка, тем
труднее ее удалить. Пленку удаляют растворением в органических
растворителях или эмульгированием.
Эффективность удаления загрязнений при растворении, эмульгировании или механической очистке зависит от физических и химических свойств очищающих сред и методов их использования.
При этом необходимо создать следующие условия:
– очиститель должен растворять или эмульгировать как полярные, так и неполярные соединения, пленки жировых загрязнений и
флюса, масла, защищающие поверхность припоя, удалять остатки
солей, используемых при изготовлении печатных плат;
– с очищаемых поверхностей должны быть удалены твердые
частицы загрязнений: частички нерастворимых веществ, крошево
(результат термоэрозии), пыль, ворсинки, волокна и т. п.;
– очистители не должны повреждать элементы печатных плат,
маркировочные знаки, размягчать и растворять пластмассу и эластомеры, взаимодействовать с металлами.
Выбрать наилучшие и просто удовлетворительные очищающие
средства довольно трудно, хотя существует много различных очистителей. В отечественной промышленности используются главным образом спирт, спирто-бензиновая и спирто-бензино-ацетоновая смеси, алифатические и ароматические углеводороды, фреоны,
деионизованная вода, водные растворы поверхностно-активных веществ.
Спирты, кетоны, алифатические и ароматические углеводороды – относительно недорогие растворители. За исключением этилового спирта и некоторых алифатических углеводородов, многие из
этих растворителей токсичны, что составляет основную проблему
72
их применения. Кроме того, все они пожаро- и взрывоопасны. Самый распространенный очиститель на основе спирто-бензиновой
смеси (1:1) в дополнение к этим недостаткам неудобен непостоянством состава из-за различных скоростей испарения компонентов,
трудностью регенерации смеси. Спирто-бензино-ацетоновой смеси
свойственна относительно высокая активность к растворению маркировочных знаков, некоторых пластмасс и диэлектрика печатных
плат.
Этиловый спирт хорошо удаляет остатки канифольного флюса
и растворяет некоторые неорганические загрязнения, но не воздействует на масляные и жировые пленки, под которыми может оказаться значительное количество загрязнений. Ароматические углеводороды применяют, когда требуется сильная способность к растворению.
Удаление жировой пленки органическими растворителями основано на их способности растворять жировые загрязнения благодаря
сродству химической структуры их молекул. Минеральные масла
растворяются в углеводородах, растительные масла и канифоль –
в спиртах. После промывки и испарения растворителя на поверхности подложки остается пленка загрязнений, ранее растворенных
в испаренном слое растворителя. Поэтому для качественного обезжиривания особое значение имеет удаление с очищаемой поверхности остатков моющего состава со следами удаляемой жировой
пленки. Наиболее эффективна очистка в парах растворителя, основанная на конденсации пара растворителя на холодных поверхностях электронного модуля. Конденсат растворяет загрязнения и стекает в испаритель, где вновь испаряется, отделяясь от загрязнений.
Перспективной считается замена органических растворителей
пожаробезопасными. Среди таких растворителей привлекают внимание фреоны – группа фторхлорутлеводородов жирного ряда, которые благодаря своим термодинамическим свойствам нашли широкое применение в холодильных установках. Для очистки применяют жидкие фреоны. Фреоны не растворимы в воде, не горючи, не
образуют взрывоопасных смесей с воздухом, химически инертны,
хотя при контакте с открытым пламенем разлагаются с выделением
ядовитых газов. Пары фреонов в 6... 10 раз тяжелее воздуха, что создает условия использования их в установках для финишной очистки в парах растворителя с малым расходом очистительной смеси.
Растворяющая способность чистых фреонов недостаточна для
удаления остатков канифольных флюсов. Поэтому используют
73
азеотропные смеси фреонов с соответствующими растворителями
(чаще со спиртом). Азеотропными называют жидкие смеси, при
кипении и конденсации которых состав смеси не меняется. Такие
смеси выкипают и конденсируются при постоянной температуре, не
разделяясь.
Низкое поверхностное натяжение фреонов (18... 23 дин/см, в то
время как для воды 73 дин/см) позволяет им проникать в углубления, пазухи и под скопления грязи, легко вытекать из капилляров
и щелей, создавая условия для обмена моющей жидкости. Они обладают исключительной способностью к смачиванию поверхностей, смачивают даже поверхность фторопласта.
Обычно применяют фреон Ф-113 – трифтортрихлорэтан, отличающийся способностью к растворению масел и смазок, кремнийорганических жидкостей и других загрязнений органического происхождения. Низкая температура кипения и теплота парообразования позволяют использовать его для экономичной очистки термочувствительных элементов и деталей аппаратуры. Его азеотропная
смесь с этиловым спиртом (9:1) позволяет смыть практически всю
гамму органических загрязнений, сопутствующих процессам монтажа.
Эмульсия, содержащая фреон Ф-113, деионизованную воду и поверхностно-активные вещества (ПАВ), способна удалять не только
органические загрязнения, но и растворимые в воде минеральные
соли. В такой системе ПАВ располагаются на границе диспергированных во фреоне капель воды. Очистка происходит как на границе
двух фаз, где сосредоточены практически все ПАВ, так и во фреоне.
Большое будущее для очистки имеют водные растворы ПАВ,
разрушающие жировые пленки и остатки канифольного флюса путем их разрыва и эмульгирования и смывающие растворимые неорганические загрязнения. Типичные ПАВ – органические вещества дифильного строения, т. е. содержащие в молекуле атомные
группы, сильно отличающиеся по интенсивности взаимодействия
с окружающей средой, в данном случае – с водой. Один или несколько углеводородных радикалов молекул ПАВ, составляют олео- или
липофильную часть, обладающую гидрофобностью. Одна или несколько полярных групп – гидрофильная часть. Слабо взаимодействующие с водой олеофильные (гидрофобные) группы определяют
возможность растворения углеводородных (неполярных) загрязнений. Гидрофильные группы, наоборот, удерживают молекулу в полярной среде (в воде).
74
По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные, или ионогенные, и неионные, или неионогенные. Ионные ПАВ диссоциируют в воде, их остатки на поверхности монтажа создают проводимость, т. е. их нужно полностью удалять, что не всегда удается
в силу их поверхностной активности.
Неионогенные ПАВ не требуют тщательной отмывки и поэтому
предпочтительнее в процессах очистки в сборочно-монтажном производстве.
Особое внимание уделяется производству ПАВ с линейным строением молекул. Они легко подвергаются биохимическому разложению в природных условиях и не загрязняют окружающей среды.
1.7.2. Интенсификация процессов очистки
В процессе очистки плат растворимые в очищающей среде загрязнения переходят в раствор и уносятся вместе с ним. Показателем интенсивности этого процесса служит разность концентрации
вещества в слое, прилегающем к поверхности пленки загрязнения,
и концентрацией этих веществ во всем объеме жидкости. Одним
из основных факторов, влияющих на интенсивность растворения,
является скорость диффузии: количество вещества, продиффундировавшего к поверхности раздела фаз в единицу времени. Интенсивное перемешивание уменьшают толщину диффузионного слоя,
что увеличивает скорость очистки: толщина диффузионного слоя
обратно пропорциональна корню квадратному из относительной
скорости движения фаз.
Перемешивание очищающей жидкости можно осуществлять
механическими способами: барботированием, наплескиванием растворителя на очищаемые поверхности, наложением на ванну вибрации низкой (100 Гц) частоты от электромагнитного вибратора,
питаемого от сети 50 Гц, струйным распылением растворителя и т.
п. Повышение температуры размягчает жировые пленки и остатки
канифольного флюса, что облегчает их разрушение и отделение.
Принципиально отличается от любых видов механического перемешивания наложение на ванну с очищающей жидкостью ультразвукового поля, вызывающее интенсивное перемешивание жидкости акустическими течениями.
Вихревые потоки, возникающие вблизи препятствий, разрушают ламинарный слой на границе жидкость – твердое тело, способствуют снятию концентрационных и диффузионных ограничений.
Наряду с общими потоками в жидкости существуют локальные
75
интенсивные микропотоки, вызываемые колеблющимися вблизи
твердой поверхности парогазовыми (квитанционными) пузырьками. Гидродинамические потоки и микропотоки вокруг неровностей на границе жидкость – твердое тело ускоряют процессы
растворения пленок и способствуют перемешиванию компонентов
в жидкой среде. Механическое разрушение поверхностных пленок
в акустическом поле является основным следствием кавитации.
Если очистка производится в водных растворах, кавитационные
пузырьки преимущественно возникают на поверхности жировой
пленки и канифольных загрязнений из-за слабого смачивания их
поверхностей водой. Кавитационные пузырьки производят микроударные нагрузки поверхностных пленок загрязнений, под действием которых наступает их эрозия. Концентрируясь на краях
внешней и внутренней поверхностей отслоившихся частей пленок, пузырьки отслаивают либо отрывают пленку, разбивают ее и
эмульгируют, облегчая тем самым процесс удаления загрязнений
с поверхности ПП.
Интервал интенсивностей озвучивания (плотность энергии) при
ультразвуковой очистке в диапазоне частот 20... 50 кГц составляет 0, 5... 3 Вт/см2. При интенсивностях выше 5 Вт/см2 облако кавитационных пузырьков настолько увеличивается, что это приводит
к заметному уменьшению интенсивности ультразвука на некотором расстоянии от излучателя. Применение чрезмерных интенсивностей ультразвука для очистки печатного монтажа недопустимо,
так как в условиях развитой кавитации происходят усиленное эрозионное разрушение поверхности диэлектрика печатных плат, отслоение контактных площадок, ослабление паек, нарушения герметичности электронных компонентов, разрушения элементов конструкции. Опыт работы дает основание рекомендовать для очистки
электронных модулей ультразвуковые установки, обеспечивающие
интенсивность колебаний в рабочей зоне в пределах 0,4...0,6 Вт/см
2. Однако предпочтение надо отдать докавитационным режимам
очистки, обеспечивающим менее агрессивное воздействие.
1.7.3. Контроль качества очистки
Качество отмывки и последующей лакировки можно гарантировать, только если есть возможность убедиться, что все загрязнения
(неорганические и жировые) с поверхности печатных плат удалены.
Наиболее простой метод контроля обезжиривания – испытания
на разрыв водяной пленки. Если смоченная деионизованной водой
76
поверхность не имеет гидрофобных загрязнений, водяная пленка
распределяется тонким равномерным слоем.
Содержание канифоли в спирто-бензиновых смесях из контролируемой ванны можно определить химическим анализом. Если
требуется определить только присутствие канифоли, производят
выпаривание анализируемого раствора. После выпаривания в небольшом фарфоровом тигле к осадку добавляют несколько кристаллов хлористого кальция, повторно нагревают тигель и прибавляют
в него каплю серной кислоты. При наличии канифоли появляется
ярко-красное свечение.
Так как флюсы могут содержать активные вещества, представляющие собой ионогенные продукты, концентрацию их в моющем
растворе можно определить измерением электрического сопротивления раствора. Допустимое снижение сопротивления моющего
раствора не должно превышать 20× 103 Ом-см.
1.7.4. Оборудование для выполнения операций очистки
Рассмотрим некоторые виды установок для очистки отмывкой
поверхностей изделия.
1). Системы отмывки ElectrovertAquastorm 100, 200, 200TZ.
Системы отмывки Aquastorm компании Electrovert, входящей
в состав корпорации SpeedlineTechnologies, предназначены для отмывки электронных модулей.
Благодаря запатентованной насадке HurricaneJet™ отмывочная
жидкость способна проникать под высоким давлением под компоненты с малым шагом. Высокоточные струи распылителей JIC смывают даже самые трудноудаляемые остатки загрязнений. Насадка
VeeJet формирует рисунок перехлестывающихся струй по всей ширине конвейера. Воздушный нож Electrosonic™ формирует прямой
поток воздуха под высоким давлением для достижения высокого
качества сушки.
ElectrovertAquastorm 100.
Система предназначена для работы с водосмываемыми, органическими и кислыми флюсами.
ElectrovertAquastorm 200.
Двухэтапная система отмывки, пригодная для работы с флюсами RMA (для которых нужны омыляющие реагенты), водосмываемыми, органическими и кислыми флюсами. Повышенная надежность безотмывного процесса.
Electrovert Aquastorm 200 TZ (Torrid Zone).
77
Оснащена модулем сушки с принудительной конвекцией, идеально подходящим для сложных случаев сушки плат.
На рис. 1.27 представлен внешний вид
системы отмывки ElectrovertAquastorm
100, 200, 200TZ.
2). Система отмывки AccelHydroCel.
Система отмывки HydroCel компании Accel входящей в состав корпорации
SpeedlineTechnologies предназначена для
Рис. 1.27. Система
отмывки малогабаритных электронных
отмывки
модулей, таких как гибридные платы и
ElectrovertAquastorm
многокристальные модули (МКМ), индикаторные панели и кремниевые подложки, корпусированные полупроводниковые устройства, например BGA, по отдельности или по
несколько штук.
HydroCel – это компактная полуавтоматическая система отмывки, отличающаяся высоким качеством отмывки, сушки и переработки моющей жидкости.
Во время цикла отмывки изделие, вращаясь, погружается в растворитель. Центробежная сила и сила Кориолиса заставляют растворитель двигаться параллельно плоскости изделия и проникать
под компоненты, установленные даже с очень малым зазором на
ПП, и в глухие отверстия. Затем при необходимости следует цикл
ополаскивания деионизированной водой. Во время цикла струйного ополаскивания HydroCel еще раз подает растворитель сверху и
снизу вращающегося изделия, чтобы смыть остатки загрязнений и
смыть растворитель. Во время сушки изделие непрерывно вращается, при этом в камеру подается горячий
воздух или азот.
HydroCel совместима с большинством отмывочных жидкостей, в точ
числе деионизованной водой, растворами на водной основе, а также большинством промышленных растворов,
используемых при производстве электронных печатных плат и гибридных
систем.
Рис. 1.28. Система отмывки
На рис. 1.28 представлен внешний
AccelHydroCel
вид системы отмывки AccelHydroCel.
78
3). Комплекс UNICLEAN является модульной системой, которая
состоит из нескольких специально
спроектированных ванн, предназначенной для отмывки печатных
плат после операции пайки (пайки волной, пайки оплавлением паяльной пасты, ручной пайки) в тех
случаях, когда необходима высокая
степень очистки платы.
Рис. 1.29. Универсальная
система отмывки
На рис. 1.29 представлена униUNICLEAN
версальная
система
отмывки
UNICLEAN:
Данная система может применяться также для точных механических обработок, когда необходимо обезжиривание материалов; может быть сконфигурирована для водной отмывки, отмывки
в растворителе, микроэмульсиях и спиртосодержащих отмывочных жидкостях. На финальной стадии используется отмывка деионизованной водой (полностью закрытая система с постоянным
измерением проводимости). UNICLEAN может быть оснащена ваннами с различным размером, разной интенсивностью ультразвука (или без ультразвука). Мощность ультразвука может меняться
с шагом 250 Вт. Соответственно, название системы в этом случае
будет: UNICLEAN I – 250 Вт, UNICLEAN II – 500 Вт., UNICLEAN
III – 750 Вт., UNICLEAN IV – 1000 Вт. Наибольшее влияние на стоТаблица 1.10
Технические характеристики системы отмывки UNICLEAN
Количество загружаемых ПП
(европлата 260×350 мм) мах
48
Диапазон регулирования температуры отмывки, °C
25–80
Диапазон регулирования температуры сушки, °C
25–75
Диапазон времени отмывки, мин
5–25
Количество плат в корзине
До 10 (300 × 400)
Потребляемая мощность, кВт
9.5
Мощность ультразвука, Вт
От 250
Частота ультразвука, кГц
25 (40)
Габаритные размеры, мм
1900 × 880 × 1250
79
имость машины имеет мощность ультразвука, размер ванны играет
не такую большую роль.
Система отмывки UNICLEAN имеет технические характеристики, представленные в табл. 1.10.
Для оптимальной отмывки с помощью растворителей рекомендуется мощность ультразвука 20–15 Вт./литр. Для спиртосодержащих жидкостей 15–10 Вт./литр. В сложных случаях рекомендуется
применять дополнительно ультразвук в первой ванне.
4). Система отмывки MINICLEAN.
Применяется в мелкосерийном производстве для отмывки от
остатков флюса трафаретов, печатных плат/узлов, а также механических деталей. Существует две модификации модулей: «А» и «В»
для различных видов отмывки. Каждая модификация имеет четыре вида мойки.
Виды процессов отмывки: ультразвуковая отмывка на основе
растворителя или технологии MPC (модуль A); отмывка на основе
технологии MPC распылением в воздухе (модуль B); ополаскивание
проточной водой (модули A и B); ополаскивание деионизованной водой (модули A и B); сушка горячим воздухом (модули A и B).
Технические характеристики:
Габаритные размеры модуля «А» 160×400×350 / 240x400x350 /
240×430×380 мм
Габаритные размеры модуля «B» 100×600×650 мм
Мощность ультразвука 500, 750, 1000 Вт (зависит от размеров
мойки)
Ультразвуковая частота 40 кГц
На рис. 1.30 представлен внешний вид системы MINICLEAN.
5). Ультразвуковые ванны BlO-Chem(рис. 1.31).
Рис. 1.30. Система отмывки
MINICLEAN
80
Рис. 1.31. Ультразвуковая ванна
BlO-Chem
Ультразвуковые системы BlO-Chem предназначены для очистки
печатных плат, компонентов, металлических изделий от остатков
всевозможных химических материалов применяемых в соответствии с технологией обработки. Устройства сделаны из устойчивого
к коррозии материала и могут применяться для работы с любыми
невзрывоопасными жидкостями.
УЗ-генератор может работать в трех режимах:
– амплитудное колебание мощности УЗ с частотой 0,5 с;
– УЗ-пульсация с частотой 0,5 с;
– постоянная частота без изменения интенсивности.
Все устройства имеют удобный слив жидкости через специальное технологическое отверстие. Пульт управления устройством
очень прост в работе и не требует специальных навыков оператора.
1.7.5. Операция сушки
После выполнения очистки следует
операция сушки, выполняемая в универсальных сушильных шкафах с регулируемой температурой сушки и вытяжной вентиляцией. Универсальные
установки сушки используются для
сушки после отмывки и для сушки покрытий.
На рис. 1.32 показан сушильный
шкаф AIR 2000.
Технические характеристики сушильного шкафа AIR 2000:
Рис. 1.32. Сушильный шкаф
AIR 2000
Рабочая ширина – 300 мм
Минимальная длина платы – 80 мм
Скорость конвейера – 0,2 – 1,2 м/мин
Время прогрева – 5 мин.
Потребляемая мощность – 2000 Вт.
Шкаф рекомендуется для сушки ПП и печатных узлов после мокрых процессов.
1.7.6. Операция маркировки
Готовый печатный узел должен быть промаркирован. Применение маркировки позволяет решать задачи идентификации и отслеживания, это одно из необходимых требований системы управ81
ления качеством. Маркировка позволяет упростить задачу поиска
изделий на складе или применяется для автоматизации управления складом. Также она дает возможность проследить «историю»
изделия: серийные номера, даты выпуска и т. д.
В современных условиях к маркировке предъявляется ряд требований. Она должна выдерживать жесткие условия эксплуатации,
различные механические и химические воздействия в процессе
эксплуатации, внешний вид должен позволять идентифицировать
изделие. Маркировка должна быть доступна по стоимости. Для
удовлетворения вышеперечисленного набора требований при производстве печатной платы стробоскопа будет использоваться оборудование и расходные материалы компании TycoElectronics. Стандартная маркировка представляет собой чистые бланки для этикеток, печать изображения на которых осуществляется с помощью
специализированного принтера.
Для маркировки узла может быть
использован принтер типа Т212М-С
(рис. 1.33).
Этот принтер имеет следующие технические характеристики:
– разрешение: 300dpi (12dpmm)
с резаком;
– ширина печатающей головки 104
мм;
Рис. 1.33. Принтер Т212М-С
– скорость печати 25–102 мм/с;
– память: 512KRAM – 1MBFlash;
– фиксированные датчики выравнивания (на пропускание и отражение);
– фиксированное давление печатающей головки;
– все установки принтера настраиваются через программное обеспечение.
Существуют и более совершенные
системы для маркировки печатных
плат. Например, система лазерной
маркировки LMS-9000 компании
Рис. 1.34. Система лазерной
TycoElectronics (рис. 1.34). Эта устамаркировки LMS-9000
новка полностью автоматизированная.
82
Она выполняет отрезку по длине, перемотку после печати, маркировку за один шаг (все это позволяет упростить сбор готовых изделий) и имеет возможность синхронной двусторонней печати. Эта
система предназначена для изготовления больших объемов маркировочных изделий с низкой стоимостью эксплуатации.
1.7.7. Операция нанесения защитного покрытия
На печатный узел после сборки наносят защитное покрытие. Основная функция покрытия – влагозащита (отсюда и наиболее часто используемое название), хотя защитное покрытие может наноситься и для других целей, например защиты от агрессивных сред,
для устойчивости к различного рода излучениям и др. Кроме этого
пленочное покрытие в определенной степени выполняет функцию
защиты от механических воздействий и дополнительной механической прочности.
В своем составе материал защитного покрытия содержит пленкообразующие вещества, растворитель, улетучивающийся при
сушке, наполнители.
Существуют такие способы влагозащиты, как влагозащита погружением, влагозащита распылением и осаждением из газовой
фаза (конденсация на поверхность).
Рассмотрим несколько примеров оборудования для выбора наиболее эффективного.
1). Установки влагозащиты DC2001 и DC2002 (рис. 1.35) предназначены для прецизионного нанесения влагозащитных покрытий
на печатные узлы методом погружения.
Оборудование ориентировано на применение в серийном производстве.
Держатель плат перемещается в вертикальном направлении с помощью
воздушно-масляного пневмоцилиндра,
обеспечивающего плавность хода. В комплект поставки установки входит газомагистраль для аргона, вентиляционный
канал, система рециркуляции с насосом
и сливом, а также ванна из нержавеющей стали, габариты которой определяРис. 1.35. Установка
ются при заказе.
влагозащиты
Установка DC2001 дополнительно оспогружением DC2001
нащена системой контроля вязкости ма83
териала влагозащитного покрытия, колпаком и вентиляционным
патрубком для вытяжки паров растворителя. Подвешенный к держателю печатный узел опускается в ванну с материалом покрытия
с помощью пневмопривода до ограничителя хода, выдерживается
в течение заданного времени и извлекается из ванны. Скорости погружения и извлечения изделия регулируются раздельно. Глубина
погружения может быть изменена путем перемещения датчика. Габариты ванны 600×175×400мм.
2) Установка влагозащиты SB2900 (рис. 1.36) предназначена
для нанесения влагозащитных покрытий на
печатные узлы методом распыления материала покрытия из пистолета-распылителя.
Конструктивно установка влагозащиты представляет собой шкаф, выполненный на основе
обшитого стальными листами каркаса из профилированного алюминия. Верхняя открытая часть установки служит рабочей камерой.
Обрабатываемый ПУ размещается на поворотном столе, вращаемом вручную или от пеРис. 1.36. Установка дали (поставляется по заказу). Под поворотвлагозащиты
ным столом смонтирован трехступенчатый
распылением
воздушный фильтр, через который производится отсос паров из рабочей зоны. В нижней части установки расположена воздушная магистраль, размещаются баллоны с материалом влагозащиты и растворителем, система пожаротушения (поставляется по заказу) и хранится пистолет-распылитель и средства
индивидуальной защиты оператора. Панель управления установки, содержащая необходимые для эксплуатации элементы управления и индикации, размещается с правой стороны рабочей камеры.
1.7.8. Специализированные заключительные операции
В зависимости от специфики проектируемого изделия и требований к характеристикам точности и надежности, в числе заключительных операций могут быть предусмотрены операции регулировки параметров или настройки характеристик, технологическая
тренировка (технологический прогон), различные испытательные
операции.
Регулировка параметров необходима для того, чтобы, не изменяя электрическую схему и конструкцию устройства, получить
заданные их значения. Наличие регулируемых элементов (пере84
менных резисторов, конденсаторов переменной емкости) требует
организации процесса регулировки по специально разработанной
инструкции.
Настройка характеристик изделия выполняется с применением
осциллографов для получения требуемых значений формы сигнала, амплитудно-частотной характеристики и др.
Технологическая тренировка – это испытания аппаратуры при
определенных условиях её работы – вибрации, повышенной, пониженной температуре, повышенном напряжении питания и т. п.
Простейший вариант технологической тренировки – технологический прогон, который выполняется при включенном на определенное количество часов изделии для выполнения приработки элементов конструкции.
Целью технологической тренировки является выявление и
устранение производственных дефектов сборки и монтажа изделия,
дефектов ЭРИ. Наличие технологической тренировки увеличивает
надежность аппаратуры при эксплуатации.
Виды технологических тренировок выбирают, опираясь на требования эксплуатации, хранения, транспортирования устройств.
1.8. Проектирование операций контроля
в сборочно-монтажной технологической системе
В сборочно-монтажной ТС могут быть применены все виды
производственного
контроля, предусмотренные ГОСТ Р
Ст
II
53697-2009 – Контроль неразIII
2
рушающий. Основные термиI
ны и определения: входной, Ст1
1
операционный, приемочный.
3
Входной контроль.
Наличие или отсутствие
входного контроля связано
с требованиями к точности выходных параметров, серийности производства. Чаще всего
необходимость входного контроля определяется по экономическим показателям (рис.
1.37).
Ст2
Ст3
N1
N2
N3
N
Рис. 1.37. Зависимость
технологической себестоимости
от количества устройств
при различных вариантах
85
Для ответственных изделий, с высокими требованиями по безотказности, экономические показатели следует применять только для
сравнения альтернативных вариантов, полностью обеспечивающих
точностные и надежностные показатели изделия.
На рис. 1.37: зона: I – сплошной (100%) входной контроль, зона
II – отсутствие входного контроля, зона III – выборочный входной
контроль; 1, 2, 3 – критические точки; N1, N2, N3 – количество выпускаемых приборов, соответствующее критическим точкам; Ст1,
Ст2, – технологическая себестоимость, соответствующая критическим точкам; Ст3 – начальная технологическая себестоимость при
выборочном контроле.
Если N i – действительное количество выпускаемых приборов, то
при Ni < N1 – выбирают II вариант (отсутствие входного контроля);
при N1 <N i< N3– выбирают III вариант (выборочный входной контроль); при N i > N3– выбирают I вариант (100% входной контроль).
Численные значения анализируемых величин берут из расчетов
экономического раздела; если в задании экономического раздела не
предусмотрен этот расчет, достаточно теоретического обоснования.
Входному контролю могут подвергаться поставляемые ПП, ЭРИ,
материалы (например, припойные пасты). В зависимости от доверия
поставщику, уровню требований к надежности, можно рассматривать следующие способы выполнения входного контроля поставляемых изделий (по возрастанию ответственности): внешний осмотр,
электрический контроль функционирования (тестирование), параметрический контроль, селективный отбор по выходному параметру, термотренировка с последующим параметрическим контролем.
Вопрос применения выборочного контроля может рассматриваться
только при очень крупных партиях комплектующих определенного
типа с невысокой стоимостью. Во всех остальных случаях потери
на дефектности изделий будут столь велики, что они во много раз
могут превышать затраты на сплошной контроль.
Наибольшую сложность представляет проведение достоверного
входного контроля ПП, особенно многослойных. Кроме внешнего
осмотра с помощью оптических средств применяют электрический
контроль, тестирование и рентгеновский контроль.
Электрический контроль. При тестировании электрическим методом платы устанавливаются на адаптеры, построенные по принципу «ложе гвоздей». Для обнаружения коротких замыканий и обрывов используется низкое напряжение (10 В). Высоким напряжением
(500 В) тестируется изоляция на утечку и пробой. Наличие тестовых
86
контактов в переходных отверстиях позволяет с высокой точностью
локализовать обрывы. Тестирование плат при помощи этого метода
занимает несколько секунд. Самой ответственной частью тестеров
является тестовый контакт, так как именно от качества контактирования зависит достоверность информации. Тестовые контакты содержат подпружиненную контактирующую часть. Для соединения
с переходными отверстиями, выводами штырьковых компонентов,
тестовыми площадками предусмотрены различные формы контактирующих соединений – коронка, игла, воронка и др. Слабое место
в тестерах такого типа – адаптерная часть, индивидуальная для
каждой разновидности платы. Учитывая, что номенклатура изделий
на больших предприятиях велика, стоимость всех адаптеров может
оказаться выше стоимости самой тестовой системы.
Лучшее решение для производства с большой номенклатурой –
применение оборудования, работающего по методу «летающих
пробников» или «летающих матриц». Тестеры имеют несколько головок с приводами по осям X, Y, Z, на каждой из которых установлен пробник. Головки поочередно контактируют с платой с подачей
и измерением сигнала, для перехода от одной платы к другой достаточно изменить программу тестирования. Программы перемещения пробников методом трансляции из систем CAD значительно сокращают время подготовки тестовой обработки. Вместе с тем метод
«летающих пробников» не обеспечивает высокой производительности тестирования, хотя цена на оборудование достаточно высока.
Тестирование многослойных ПП имеет определенные сложности. Обычные способы («ложе гвоздей», «летающие пробники»)
позволяют найти цепи с имеющимися короткозамкнутыми слоями или проводниками, однако они не определяют их точного местоположения. Если учесть, что стоимость некоторых МПП весьма
велика, то можно говорить о рентабельности оборудования, позволяющего локализовать и устранять такие дефекты. Для точного
определения места межслоевого короткого замыкания применяется оборудование, работающее по методу «векторного поиска». Суть
его в том, что на область предполагаемого дефекта подается напряжение питания, после чего отслеживается зависимость изменения
величины протекающего тока от положения пробника на ПП. В основе приборов с такой технологией применяются очень точные приборы (миллиомметр, микровольтметр и миллиамперметр).
Платы для ВЧ-схем. Еще одна особенность оборудования учитывается при тестировании ПП, предназначенных для высокочастот87
ной техники, или плат с контролируемым импедансом. Дорожку
в такой плате нельзя рассматривать как простой проводник. В таком проводнике необходимо контролировать волновое сопротивление (импеданс). Волновое сопротивление измеряется рефлектометрическим методом. Происходит наблюдение за формой волнового
сопротивления линии передачи по всей ее длине, и при этом измеряется коэффициент отражения импульсов с малым временем нарастания. Рефлектометрические приборы представляют собой сложное
измерительное оборудование и применяются, как правило, в лабораторных условиях.
Операционный контроль.
Операционный контроль в автоматизированной технологической системе монтажа имеет типовую структуру (рис. 1.38) расстановки позиций и видов контроля по операциям технологического
маршрута.
При ручном монтаже операционный контроль проводят после
выполнения операции пайки, так как именно после этой операции
формируется выходной сигнал функционального узла, но и возможны дефекты пайки, в том числе, скрытые. Однако при контроле
они могут быть выявлены и вовремя устранены.
В типовом технологическом маршруте монтажа существует несколько ключевых операций в выполнении которых возможны де-
Нанесение
пасты
Установка
компонентов
MDA/ICT
Flay Prob
Контроль
визуальный,
внутрисхемный,
функциональный
Нанесение
клея
Оплавление
Извлечение
из
установки
Установка
компонентов
AXI
Пайка волной
припоя
AOI
Ручной
монтаж
Рис. 1.38. Виды операционного контроля
в технологическом маршруте монтажа
88
Отверждение
Установка
компонентов
в отверстия
фекты, приводящие в конечном итоге к бракованию изделия или
к затратам времени и средств на исправление брака. К таким операциям относятся: нанесение припойной пасты, установка компонентов на пасту и пайка.
На рис. 1.38: AOI – автоматическая оптическая инспекция;
AXI – автоматическая рентгеновская инспекция; MDA/ICT – диагностический анализ / внутрисхемный контроль; FlayProb – летающий зонд (электрический контроль).
Контроль нанесения припойной пасты состоит в определении
соответствия границ отпечатка пасты границам контактной площадки. При установке компонента возможно его смещение относительно нормального положения на посадочном месте по линейным и
угловым координатам. После пайки компонент должен находиться
в заданном положении на посадочном месте ПП, а его паяные соединения должны удовлетворять требованиям по размерам, форме и
структуре. Вот краткое содержание ключевых задач операционного
контроля при монтаже. Но кроме этого существуют задачи контроля отмывки, нанесения влагозащитного покрытия.
Функциональный контроль [5] проводят либо при помощи универсальной измерительной аппаратуры по монтажной схеме или
с помощью системы автоматического контроля специальными диагностическими тестами.
Приемочный контроль проводится визуально путем осмотра
изделия с целью выявления поверхностных дефектов и несоответствия изделия чертежу. Электрический контроль проводят в соответствии с программой контроля в зависимости от ответственности
изделия. Собранный печатный узел должен поступить на окончательную сборку изделия работоспособным в полном соответствии
с технической документацией.
Рассмотрим подробнее решение задач операционного и приемочного контроля и применяемое оборудование для выбора.
Визуальный контроль с помощью оператора – самый распространенный способ. Оборудование – микроскоп с увеличением от 2
до 10 крат. Качество контроля зависит от квалификации оператора. Такой контроль применяется в лабораторных условиях или на
опытном производстве. В сборочных линиях контроль осуществляют автоматические установки.
Автоматическая оптическая инспекция (АОИ). Автоматизированный контроль реализуется в ходе четырех основных этапов
технологического процесса: нанесения припойной пасты, позици89
онирования компонентов, отверждения адгезива и проверки после
пайки.
Очень важна оптимизация процесса трафаретной печати припойной пасты, поскольку она служит источником дефектов пайки
(перемычек и непропаев), а дефекты, связанные с пайкой, являются основной причиной отбраковки изделий на выходном контроле. Настоятельно рекомендуется контроль собранных плат после
отверждения адгезива. Вследствие недостаточного или чрезмерного количества нанесенного адгезива компоненты могут оказаться
приподнятыми под углом по отношению к поверхности платы или
установленными с разворотом (смещенными в плоскости платы).
Это способствует появлению дефектов при пайке. Отсутствие конвейера для транспортировки коммутационных плат и перемещение
плат вручную (после позиционирования компонентов) в камеру для
отверждения адгезива может привести к смещению компонентов.
АОИ позволяет контролировать:
– нанесение припойной пасты (недостаточное, избыточное, неточное, позиционирование трафарета);
– качество позиционирования компонентов (отсутствие/наличие
компонента, точность позиционирования, включая разворот по горизонтали и вертикали, несоответствие полярности или номера вывода, дефект вывода, наличие посторонних предметов);
– качество паяного соединения (короткое замыкание, непропай,
несмачиваемость, излишек или недостаток припоя).
Основой АОИ является формирование изображений объектов и
анализ характерных особенностей их элементов. Двухмерное изображение объекта формируется оптическими матрицами. Для повышения контрастности изображения используют дополнительное
освещение инспектируемой поверхности. Типичными параметрами
установки являются: стандартное поле зрения (порядка 30×50 мм) и
поле высокочеткого зрения (порядка 6×8 мм), скорость сканирования (до 18ч36 см2/сек) и количество одновременно обрабатываемых
изображений (как правило, более 70). Используются монохромные
системы, двух- и трехцветовые (самые распространенные). Фон теплового излучения от платы и компонентов может создавать помехи, компенсация помех выполняется программными средствами.
Изображение оцифровывается, и формируется матрица, несущая
информацию об объекте. Сформированная картинка может сравниваться с эталонным изображением платы или с информацией о
сборке на основании данных CAD и Gerber-файлов. Такие систе90
мы позволяют выполнять 100%-й контроль плат со скоростью до
150000 компонентов в час, но чувствительны к смене материала
платы и компонентов. Большинство АОИ хорошо обнаруживают дефекты расположения компонентов и с меньшим успехом различают
дефекты нанесения припойной пасты или качество пайки.
Оптические системы на основе лазеров могут формировать трехмерное изображение объектов. Они применяются и для двумерного
анализа сборок, особенно в тех случаях, когда наблюдаемые элементы имеют малую высоту или небольшое различие по контрасту
(отверстия, реперные точки). Трехмерные изображения нужны не
только для контроля положения компонента, но и для контроля не
только линейных размеров отпечатка пасты, но и высоты отпечатка. Это позволяет контролировать достаточность объема пасты для
образования качественного паяного соединения.
Рентгеновские контрольные технологические установки
(РКТУ). Для контроля качества внутренних слоев ПП и качества
пайки некоторых типов компонентов применяется анализ изображений, полученных с помощью рентгеновских установок. Изображение внутренних слоев МПП и паяных соединений шариковых
выводов корпусов типа BGA, скрытых под днищем микросхемы, может быть получено благодаря высокой проникающей способности
рентгеновских лучей и разной способности материалов поглощать
рентгеновские кванты. Проникающая способность излучения зависит от его энергии, которая определяется напряжением на рентгеновской трубке. Для пластика ПП достаточно напряжения в 30
кВ, для исследования паяных контактов BGA компонента требуется напряжение 100 кВ. Опасности для персонала такое излучение
не представляет, поскольку оно полностью поглощается достаточно
тонкими металлическими защитными стенками.
Рентгеновские лучи позволяют получать изображения с разрешением от 0,5 до единиц микрон. Существуют определенные сложности формирования увеличенного изображения объекта в рентгеновских лучах, поскольку для них не существует линз и других
элементов обычной оптики. Основная задача лежит на алгоритмах
обработки изображения, конвертированного детектором квантов
в электрический сигнал. Достаточно хорошо с помощью РКТУ идентифицируются дефекты пайки (непропаи и короткие замыкания),
скрытые под корпусами микросхем. С помощью рентгеновского
контроля можно обнаружить дефекты типа пустот внутри паяных
соединений. Широкое применение рентгеновский контроль нашел
91
в производстве МПП для обнаружения дефектов ширины внутренних проводящих дорожек, расслоения диэлектрика и других. Однако установки весьма дороги, для них характерна низкая скорость
контроля, повышенные эксплуатационные расходы.
Методы тестирования сборок. Методы тестирования электронных изделий на стадии производства подразделяются на два класса – функциональное и внутрисхемное (параметрическое). Каждый
из методов отличается способом контактирования с тестируемым
изделием.
Функциональное тестирование предназначено для проверки работоспособности модуля и, при необходимости, его регулировки и
настройки. Контакт с изделием осуществляется обычно через краевой разъем. Тестовое оборудование, применяемое при функциональном тестировании, выполняет:
– подачу питающего напряжения с возможностью изменения его
в автоматическом режиме, от минимального до максимально допустимого;
– подачу цифровых и аналоговых входных сигналов в широком
диапазоне частот и напряжений;
– измерение параметров выходных сигналов;
– эмуляцию нагрузок;
– обмен данными с тестируемым устройством;
– обработку результатов измерений и вывод их на дисплей и
принтер в удобном для пользователя виде;
– накопление и обработку статистической информации.
Внутрисхемным тестированием выполняют проверку отдельных компонентов на плате или фрагментов схем. Применяются методы исключения влияния параллельных цепей. При проверке резистора, например, измеряется именно его сопротивление, а не сопротивление цепи, к которой он подключен. Внутрисхемное тестирование подразделяется в свою очередь на аналоговое и цифровое.
При аналоговом внутрисхемном тестировании обычно проверяется:
– наличие коротких замыканий и обрывов;
– номиналы дискретных компонентов (резисторов, конденсаторов, индуктивностей, дискретных полупроводниковых приборов);
– наличие и правильность установки микросхем.
Влияние параллельных цепей исключается установкой блокирующих напряжений, применением метода многопроводного измерения, точным подбором напряжения и частоты тестирования. Этот
92
метод тестирования позволяет обнаружить до 80% дефектов сборки, поэтому аналоговое внутрисхемное тестирование часто называют анализом производственных дефектов.
При цифровом внутрисхемном тестировании цифровые микросхемы проверяются на соответствие таблице истинности. Для исключения влияния параллельно установленных микросхем (например, при использовании шинной технологии) на вход тестируемой
микросхемы подаются импульсы большого уровня с ограниченной
длительностью. Такой метод называется backdriving.
Выбор оборудования и метод контактирования для внутрисхемного тестирования зависит от требований и возможностей пользователя. Метод клипс и пробников универсален и недорог, но требует
больших временных затрат и высокого уровня подготовки персонала. Обычно его применяют при единичном и мелкосерийном производстве. Методы «ложе гвоздей» и «летающая матрица» (рис. 1.39)
предполагают изготовление тестового адаптера для каждого изделия, но обеспечивает высокую производительность. Универсальные
матрицы ограничены шагом координатной сетки (желательно 2,5
мм и больше). На рис. 1.39 приведены схемы различных вариантов
установок. Простейшая схема – когда каждый зонд распаян к проводу, идущему к измерительной части. Применение базовой сетки
с мультиплексором позволяет получить схему с быстросменным
адаптером, а смена только плиты адаптера придает универсальность устройству контроля. В любом из представленных вариантов
устройства рациональны для использования в среднем и крупносерийном производстве или при наличии устойчивого мелкосерийного заказа на печатные узлы. Проверка плат матричными тестерами
по технологии «ложе гвоздей» (bed-of-nails) заключается в их установке на тестовые адаптеры с последующей проверкой связности (то
есть обнаружением коротких замыканий или обрывов низким наПечатная плата
Зонды
Возможная сменная плита адаптера
Адаптер
Возможное применение базовой
сетки с мультиплексором
Мультиплексор
Анализатор
контроля
Рис. 1.39. Типовые схемы контактирования в матричных тестерах
93
пряжением около 10 В) и контролем изоляции на утечку и пробой
высоким напряжением (до 500 В). Наличие тестовых зондов в переходных отверстиях, физически расположенных на одной дорожке
печатной платы, позволяет достаточно точно локализовать обрывы.
Проверка даже самой сложной платы данным методом занимает
всего несколько секунд.
Вводимая в устройство программа задает последовательность
контрольных операций. Каждый цикл включает операции подсоединения ряда указанных в программе точек к определенным измерительным шинам путем включения соответствующих коммутационных ячеек в коммутаторе, выполнения заданной операции контроля и последующего сброса реле, не используемых в следующем
цикле контроля.
Контроль параметров производится по пороговому принципу.
Омметр служит для контроля сопротивления печатных проводников, мегаомметр или тераомметр – для контроля сопротивления
изоляции и пробойная установка – для определения электрической
прочности изоляции. Конечно, в высокопроизводительных автоматических тестерах эти средства измерений встроены в систему контроля и отбраковки. Но принципы их построения остаются теми
же, что и в отдельно выполненных приборах.
При разработке методики и программы контроля с использованием подключающих щупов необходимо учитывать ряд рекомендаций.
При измерении сопротивления изоляции разобщенных цепей необходимо учитывать, что чем больший порог отбраковки задается,
тем медленнее работает тестер. Здесь вступает в силу постоянная
времени RС-цепи измерения. Например, для разветвленных цепей,
имеющих электрическую емкость порядка 100 пФ, при отбраковке плат по порогу сопротивления изоляции в 100 МОм постоянная
времени выхода измерительной ячейки на это значение составляет
10 мс. Если групповая заготовка содержит 10 тыс. тестируемых цепей, суммарное время тестирования плат только по сопротивлению
изоляции составит 100 с. Отбраковка по уровню 1 кОм при тех же
условиях составит всего лишь 0,1 с. Поэтому для повышения производительности тестеры всегда огрубляют по пороговым значениям
параметров отбраковки до приемлемого уровня: по сопротивлению
изоляции – 1 МОм, электрическая прочность – 100 В, сопротивление цепи – 5 Ом, ток нагрузки при тестировании соединений – 100
мА.
94
Чтобы не подвергать накапливаемым разрушениям систему
коммутации и контакты, используют бестоковый алгоритм последовательности тестирования, так чтобы переходные процессы сосредоточивались не на контактах, а в коммутирующем устройстве:
вхождение в контакт – включение тестовой нагрузки (измерение) –
выключение тестовой нагрузки – выход из контактирования.
Следует обращать внимание на ограничение тока при испытании
изоляции на электрическую прочность, чтобы предотвратить дугообразование и, как следствие, полное разрушение печатных плат,
после чего они уже не подлежат ремонту.
Плотность тока в реальных диэлектриках распределена неравномерно из-за присутствия неизбежных дефектов. С повышением
электрического напряжения в предпробойном состоянии в диэлектрике появляется один или несколько нитевидных каналов с максимальным значением тока утечки, в которых с течением времени
возрастает локальная энтальпия, так как местного переноса тепла
недостаточно для поддержания теплового равновесия. Температура
каналов повышенной проводимости не меняется до тех пор, пока общая плотность мощности за счет токов утечки остается ниже нижнего практического значения, которое для наиболее распространенных эпоксидных стеклопластиков составляет в среднем 10~8 Вт/
мм3. Между нижним критическим значением и верхним, составляющим в среднем 10–5 Вт/мм3, теплообмен нестабилен.
При значении мощности выше критического неизбежно наступает тепловой пробой диэлектрика. Если в аппаратуре контроля используется устройство отключения напряжения в момент, предшествующий дугообразованию при пробое, следует помнить, что деструкция стенок каналов пробоя наступает при мощности, равной 2
Вт/мм3. Таким образом, если канал пробоя имеет объем (1... 3) 10–3
мм3, ток, предшествующий пробою, не должен превышать 10 мкА.
Технологии современного производства постоянно совершенствуются, и в условиях жесткой конкуренции все острее ощущается
проблема качества. С помощью одного лишь технологического оборудования решить ее невозможно. Уже сейчас многие отечественные
предприятия вводят в производственный процесс системы обеспечения качества, важной частью которых являются системы автоматического тестирования. Они позволяют не только определять производственные дефекты, но и вести статистический учет неисправностей для своевременной корректировки процесса производства, и,
следовательно, для повышения качества электронного изделия.
95
Рассмотрим некоторые распространенные в промышленности виды контрольного оборудования. Задача проектировщика, как и ранее, – выбрать наиболее рациональный вариант оборудования для запланированных контрольных
операций.
1). Безокулярный стереомикроскоп
LYNX. Безокулярный стереомикроскоп
Lynx (рис. 1.40) с трансфокатором польРис. 1.40. Безокулярный
зуется наибольшим спросом у производстереомикроскоп LYNX
ственников. Стереоскопическая безокулярная система визуального контроля
LYNX позволяет оператору производить контроль намного эффективнее, чем с традиционными окулярными системами за счёт значительного снижения утомляемости зрения, а также повышения
уровня свободы положения головы. Оператор имеет возможность
работать в очках или контактных линзах.
Модульная конструкция микроскопа позволяет пользователю выбирать между универсальным штативом с дополнительным
предметным столиком и монтажным кронштейном. Широкий выбор дополнительных устройств, включая различные системы освещения, возможность подключения фотоаппаратов и цифровых камер позволяет конфигурировать микроскоп под различные задачи
инспекции.
Стандартная система комплектуется объективами кратностью
0,7х или 1,0х, что позволяет получить максимальное суммарное
увеличение системы 28х и 40х соответственно. Наличие дополнительных объективов и умножителей
позволяет повысить суммарное увеличение системы до 160 крат с различными рабочими расстояниями.
2).
Оптическая
система
VPI -1000. Оптическая система для
визуального контроля сборки плат
VPI-1000 (рис. 1.41) предоставляет собой недорогую, качественную
Рис. 1.41. Оптическая система альтернативу рентгеновскому конвизуального контроля VPI-1000 тролю. Эти системы заменяют стан96
Таблица 1.11
Технические характеристики оптической системы VPI -1000
Коэффициент увеличения
Видимая область
Фокусное расстояние
Минимальная высота компонента
Минимальное расстояние между компонентами
5 – 245
1,5 – 6,35 мм
0 – 76 мм
50 мкм
1,3 – 1,5 мм
Перемещение по X,Y
102 мм
Ось Z
83 мм
Размер печатной платы
457×456 мм
дартные системы, предоставляя любому оператору, имеющему базовые знания по пайке и ремонту легко обнаружить дефекты, даже
такие, которые трудно увидеть на рентгене. Оборудование для анализа BGA оснащено измерительным программным обеспечением,
которое также позволяет сохранять фотографии и видеоизображение. Установки VPI – 1000 оборудованы специальными линзами,
которые обладают большой четкостью и могут быть использованы
с камерами высокого разрешения без эффекта затемнения, что имеет место у других подобных систем.
Оптическая система для визуального контроля сборки плат VPI
-1000 предназначена для проверки компонентов в корпусах BGA;
LGA; мicro BGA; мелких компонентов; с установкой FlipChip.
Технические
характеристики
установки
представлены
в табл. 1.11.
3). Установка рентгеновского
контроля X-eye SF160A. Система
рентгеновского контроля X-eye SF
(рис. 1.42) предназначена для контроля полупроводников и анализа
соединений в электронных модулях.
Особенности:
–   Выс ок оп р ои з в од и т е л ь н а я
рентгеновская трубка открытого
типа;
Рис. 1.42. Установка
рентгеновского контроля
– Система рентгеноскопии с выX-eye SF160A
соким разрешением и увеличением
97
для анализа полупроводниковых изделий и качества пайки микросхем;
– Программа автоматического подсчета площадей пустот в паяных соединениях на печатных платах и угла разварки кристаллов
в микросхемах, самообучение;
– Рабочий стол с функцией AFT (система автофокусировки во
время наклона и поворота); – Превосходная система навигации (двухсекционная видеокамера); – Дооснащение опцией компьютерная томография не требует изменения конструкции.
Основные технические характеристики:
– 6 осей перемещения рабочего стола (X, Y, Y-aft, Zt, поворот, наклон),
– функция трехмерной инспекции 4). Система рентгеновского контроля Viscom X8050. Базовая
модель системы – устройство серии X8050 (рис. 1.43) может использоваться, как ручная, полуавтоматическая
или полностью автоматическая система, в зависимости от комплектации. Система предназначена для работы, как в составе производственной линии и как отдельное устройство.
Рентгеновские системы серии X8050 могут инспектировать площадь размером 765
Рис. 1.43. Система
× 610 мм, что делает возможным проведение
рентгеновского
проверок поверхностей больших печатных
контроля X8050
плат и блоков весом до 15 килограмм.
Система X8050 оборудована рентгеновской микрофокусной трубкой VISCOM с уникальной системой TAF
(система автофокуса), гарантирующей отличное качество изображения. Рентгеновская трубка VISCOM обладает практически неограниченным сроком службы. В зависимости от конкретной задачи, может быть выбран оптимальный источник рентгеновского
излучения с потенциалами 120 кВ, 160 кВ, 200 кВ или 225 кВ и
трубкой с прямым или отраженным лучом. Система может быть
оборудована различными цифровыми датчиками, для получения
наиболее качественного изображения в случаях, когда необходима инспекция объекта расположенного к трубке под большим
углом. Датчики используются для определения угла наклона поворотного стола.
98
1.9. Оценка технологичности конструкции
Полностью завершив разработку конструкции и технологии
сборки изделия, необходимо выполнить заключительный анализ
технологичности конструкции и рассчитать показатели технологичности изделия, подлежащего изготовлению в разработанной ТС.
Напомним, что технологичность изделия отражает степень пригодности его к промышленному изготовлению (соответствие конструкции технологическим процессам). Высокий уровень технологичности
обеспечивает решение конструкторских и технологических задач, направленных на повышение производительности труда, достижение
оптимальных трудовых и материальных затрат, сокращение времени
на производство, в том числе и монтажа вне предприятия–изготовителя, технологическое обслуживание и ремонт изделий.
Единым критерием технологичности конструкции изделия
должна быть ее экономическая целесообразность при заданном качестве и принятых условиях производства, эксплуатации и ремонта.
Основная задача отработки конструкции на технологичность
заключается в повышении производительности труда при оптимальном снижении затрат труда, средств, материалов и времени на
проектирование, подготовку производства, изготовление, техническое обслуживание и ремонт, обеспечении прочих заданных показателей качества изделия в принятых условиях его производства и
эксплуатации.
Для оценки технологичности конструкции используются многочисленные показатели[6], которые делятся на: качественные и количественные. К качественным относят: взаимозаменяемость, регулируемость, контролепригодность, инструментальная доступность
конструкции.
Оценка технологичности конструкции изделия по количественным показателям основана на трех их видах:
– базовые показатели технологичности, значения которые регламентированы в обязательном порядке соответствующей директивной документацией на изделие (ТЗ и пр.);
– показатели проектируемой конструкции, достигнутые в процессе отработки конструкции на технологичность;
– показатели уровня технологичности конструкции изделия,
значения которых регламентированы соответствующей директивной документацией, обуславливающей производство (изготовление)
изделия (ТУ и др.).
99
1). Задачи при качественном анализе конструкции изделия на
технологичность
При решении основной задачи отработки конструкции на технологичность необходимо учитывать, что каждое изделие должно
рассматриваться: как объект проектирования; как объект производства; как объект эксплуатации.
На данном этапе проектирования рассматривается технологичность конструкции изделия, являющегося объектом производства, анализируются: виды и методы получения заготовок (ПП,
монтажных проводов; изоляционных материалов), виды и методы
подготовки компонентов; виды и методы сборки; виды и методы
контроля и испытаний; уровень использования типовых технологических процессов; уровень автоматизации операций, требуемая
квалификация рабочих кадров.
Просмотрим выбранные решения по видам и способам сборочномонтажных соединений с учетом факторов, определяющих технологичность и надежность сборочного соединения
1. Высокие показатели надежности (по показателям безотказности и долговечности для любых видов соединений и по показателям
ремонтопригодности – для разъемных соединений).
2. Значения функциональных параметров в зоне контакта (минимальное омическое сопротивление в зоне электрического соединения, минимальное тепловое сопротивление в зоне теплового соединения).
3. Ограничения на максимально допустимые величины параметров образования сборочного соединения (температуру, давление,
усилие, длительность приложения параметров операции).
4. Стойкость к термоциклированию.
5. Стабильность параметров сборочного соединения, отсутствие
развития процессов деградации в зоне сборочного соединения (в
зоне контакта)
6. Минимальная трудоемкость выполнения операции
7. Минимизация характеристик оснащенности операции сборочного соединения (количественная и стоимостная минимизация оснастки, минимум специальных средств, минимум затрачиваемых
ресурсов).
8. Возможность простой и надежной автоматизации с минимальными затратами.
9. Минимальный уровень дефектности при выполнении операции.
100
10. Возможность простого и надежного контроля качества соединения.
11. Максимальная экономическая эффективность (например, по
показателю технологической себестоимости) и рациональная производительность операции
2). Показатели технологичности и формулы для расчета
Из приведенных ниже показателей необходимо выбрать не менее семи показателей в зависимости от специфических особенностей проекта: вида изделия, специфики и сложности конструкции,
объема выпуска, производства и этапа разработки документации
(в данном случае мы на этапе подготовки рабочей документации,
т. е. на этапе запуска изделия в производство).
Конструкторские показатели.
Конструкторские показатели определяют конструктивную
преемственность – совокупность свойств изделия, характеризуемую
повторяемостью в нем составных частей, относящихся к изделиям
данной классификационной группы, и применяемостью новых составных частей, обусловленных его функциональным назначением,
а также некоторые требования к ТП сборки.
Коэффициент применяемости деталей определяется по формуле:
Кп.д.= 1 – Nт.ор/Nт,
где Nт.ор – число типоразмеров оригинальных деталей в изделии;
Nт— общее число типоразмеров деталей в изделии без учета нормализованного крепежа.
Коэффициент применяемости ЭРЭ определяется по формуле:
Кп ЭРЭ = 1–Nт.ор ЭРЭ/Nт ЭРЭ,
где Nт.ор ЭРЭ – число типоразмеров оригинальных ЭРЭ в изделии;
Nт ЭРЭ— общее число типоразмеров ЭРЭ в изделии.
К оригинальным относятся составные части (детали, узлы, ЭРЭ),
разрабатываемые и изготавливаемые впервые как самим предприятием-разработчиком так и в порядке кооперирования с другими
предприятиями.
Коэффициент применяемости узлов определяется по формуле:
Кп.у = 1–Nт.ор.у/ Nт.у,
где Nт.ор.у – число типоразмеров оригинальных узлов в изделии;
Nт.у – общее число типоразмеров узлов в изделии.
Коэффициент повторяемости деталей и узлов определяется по
формуле:
101
Кпов.д.у= 1–(Dт+Dт.у)/(Nо+Nу),
где Nо – общее число деталей (без нормализованного крепежа) в изделии; Nу – общее число узлов в изделии.
Коэффициент повторяемости ЭРЭ:
Кпов ЭРЭ = 1–Nт ЭРЭ/NЭРЭ ,
где NЭРЭ – общее число ЭРЭ.
Коэффициент повторяемости ИС и МСБ определяется по формуле:
Кпов.сх= 1–Nт.к/Nсх,
где Nт.к – число типоразмеров корпусов ИС и МСБ в изделии; Nсх –
общее число ИС и МСБ в изделии.
Коэффициент повторяемости печатных плат:
Кпов= 1–Nт.п/Nп,
где Nт.п – число типоразмеров печатных плат в изделии, в том числе
многослойных (без учета числа слоев); типоразмер печатной платы
определяется габаритными размерами и материалами, используемыми в конструкции без учета различии в рисунке проводников;
Nп – общее число печатных плат в изделии.
Коэффициент повторяемости материалов в изделии определяется по формуле:
Кпов.м= 1–Nм.м/Nт.ор,
где Nм.м – количество маркосортаментов материалов, применяемых
в изделии. Под маркосортаментом понимается определенное сочетание марки материала и его сечения (профиля), применяемых в качестве заготовки, например сплав Д16Т (пруток диаметром 30 мм или
40 мм, лист толщиной 2 мм).
Коэффициент использования ИС и МСБ:
Кисп.сх= Nсх/(Nсх+ NЭРЭ).
Коэффициент установочных размеров (шагов) ЭРЭ:
Ку.р= 1–Nу.р/NЭРЭ,
где Nу.р— число видов установочных размеров ЭРЭ в изделии.
Коэффициент сложности печатных плат:
Ксл= 1–Nм.п/Nп,
где Nм.п – общее число многослойных печатных плат.
Коэффициент освоенности деталей:
Косв= 1–Nор/Nо,
102
где Nор – общее число оригинальных деталей в изделии.
Коэффициент сложности сборки:
Ксл.сб= 1–Nт.сл/Nт.у,
где Nт.сл – число типоразмеров узлов, входящих в изделие, требующих регулировки в составе изделия с применением специальных
устройств либо пригонки или совместной обработки с последующей
разборкой и повторной сборкой.
Коэффициент сборности изделия:
Ксб= Nу/(Nу + Nо).
Коэффициент точности обработки:
Кт.ч= 1–Nт.ч/Nо,
где Nт.ч – число деталей (штук), имеющих размеры с допусками по
За классу точности и выше.
Технологические показатели.
Технологические показатели технологичности конструкции
определяют технологическую преемственность конструкции, приспособленность ее к механизации и автоматизации при изготовлении, а также сложность ТП обработки деталей.
Под технологической преемственностью понимают совокупность свойств изделия, характеризуемую применяемостью и повторяемостью технологических методов выполнения узлов и их конструктивных элементов, относящихся к изделиям данной классификационной группы.
К технологическим показателям технологичности конструкцииотносятся:
Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ
к монтажу:
Км.п= Nм.п ЭРЭ/NЭРЭ ,
где Nм.п ЭРЭ – число ЭРЭ (штук), подготовка которых к монтажу может осуществляться механизированным или автоматизированным
способом. В число указанных ЭРЭ включаются ЭРЭ, не требующие
специальной подготовки к монтажу (реле, разъемы, патроны и т. п.).
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа изделия:
Ка.м= Nа.м/Nм ,
где Nа.м – число монтажных соединений, которые могут осуществляться либо осуществляются механизированным или автоматизи103
рованным способом, т. е. имеются механизмы, оборудование или оснастка (или техническая документация) для выполнения монтажных соединений; Nм – общее число монтажных соединений.
Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки электрических параметров:
Км.к.н= Nм.к.н/Nк.н,
где Nм.к.н – число операций контроля и настройки, которые можно
осуществить механизированным или автоматизированным способом. В число указанных операции включаются операции, не требующие средств механизации; Nк.н— общее число операций контроля
и настройки.
Коэффициент применения типовых технологических процессов:
Кт.пр= Nт.пр/Nпр,
где Nт.пр – число наименований типовых технологических процессов, применяемых для изготовления изделия; Nпр – общее число
наименований технологических процессов, применяемых для изготовления изделий (в том числе оригинальных).
Коэффициент прогрессивности формообразования деталей:
Кф= Nпр/Nо,
где Nпр – число деталей (штук), заготовки которых или сами детали
получены прогрессивными методами формообразования (штамповкой, прессованием, порошковой металлургией, литьем по выплавляемым моделям, под давлением и в кокиль, пайкой, сваркой, склеиванием, из профилированного материала).
Коэффициент сложности обработки:
Ксл.о= 1–Nстр/Nо,
где Nстр – число деталей (штук), включая заимствованные и стандартные, требующие обработки снятием стружки.
Коэффициент использования материалов:
Ки.м= Gт/Gт.м,
где Gт – масса изделия без учета комплектующих, кг; Gт.м – масса
материала, израсходованного на изготовление изделия, кг.
К технологическим показателям технологичности относятся
также энергоемкость изделия, характеризующая расход топлива
или энергии на производство, обслуживание и ремонт изделий, а
также его трудоемкость, материалоемкость, металлоемкость.
104
Частные и комплексные показатели.
Частные показатели характеризуют только один признак технологичности.
Комплексные показатели технологичности конструкции в отличие от частных характеризуют не отдельные частные признаки технологичности, а определенную группy признаков технологичности
конструкции изделия.
Базовые показатели и уровень технологичности.
Базовые показатели могут быть частными и комплексными,
обобщающими отдельные группы частных показателей или характеризующими технологичность изделия в целом. Они могут быть
абсолютными и относительными.
Уровень технологичности конструкции изделия (Ку) определяется как отношение достигнутого показателя технологичности
к значению базового показателя, заданного в техническом задании:
Ê
Êó =
.
Êá
Уровень технологичности может определяться по одному или
нескольким частным и комплексным показателям, принятым в качестве критериев оценки технологичности конструкции в техническом задании на изделие.
Рассмотрим пример оценки показателей технологичности.
В данном проекте разработан печатный узел (ПУ) изделия N. Он
относится к радиотехническим устройствам. Показатели технологичности ПУ определим по методике, изложенной в [5].
Определяем коэффициент автоматизации и механизации монтажа по формуле:
Ка.м = На.м / Нм,
где На.м – количество монтажных соединений изделий электронной
техники (ИЭТ), которые предусматривается осуществить автоматизированным или механизированным способом. Для компонентов,
монтируемых на ПП, механизация относится к установке ИЭТ и
последующей пайке волной припоя. Для ПУ автоматизированным
способом устанавливаются все ЭРЭ за исключением светодиодов.
Таким образом На.м = 63 , Нм – общее количество монтажных соединений, для разъемов, реле, микросхем и ЭРЭ определяется по
количеству выводов (для данного ПУ Нм = 75).
Ка.м = 63 / 75 = 0,84.
105
Определяем коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу по формуле:
КмпИЭТ = НмпИЭТ / НпИЭТ,
где НмпИЭТ – количество ИЭТ, шт., подготовка выводов которых
осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов; в их число
включаются ИЭТ, не требующие специальной подготовки (патроны,
реле, разъемы и т. д.). Для данного ПУ количество ИЭТ, подготовка
выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов составляет НмпИЭТ = 29 шт.; НпИЭТ – общее число ИЭТ, шт.,
которые должны подготавливаться к монтажу в соответствии с требованиями КД. Для данного ПУ НпИЭТ = 29 шт.
Таким образом:
КмпИЭТ = 29 / 29 = 1.
Определяем коэффициент освоенности деталей и сборочных единиц (ДСЕ) по формуле:
Косв = ДТЗ / ДТ ,
где ДТЗ – количество типоразмеров заимствованных ДСЕ, ранее
освоенных на предприятии. Для проектируемого ПУ ДТЗ = 1; ДТ –
общее количество типоразмеров ДСЕ.
Для данного ПУ ДТ = 1.
Тогда Косв = 1 / 1 = 1.
Определяем коэффициент применения микросхем и микросборок по формуле:
Кмс = Нми / НЭРЭ,
где Нми – количество микросхем и микросборок, примененных в изделии. Для данного ПУ Нми = 2; НЭРЭ – общее количество ЭРЭ в изделии.
Для данного ПУ НЭРЭ = 29.
Кмс = 2 / 29 = 0,07.
Определяем коэффициент повторяемости печатных плат по формуле:
КповПП = 1– (ДтПП / ДПП),
где ДтПП – число типоразмеров печатных плат в изделии. Для дан ного ПУ ДтПП = 1; ДПП – общее печатных плат в изделии. Для данного ПУ ДПП = 1.
Таким образом: КповПП = 1 – (1 / 1) = 0.
Определяем коэффициент применения типовых ТП по формуле:
106
КТИ = (ДТИ + ЕТИ)/ (Д + Е),
где ДТИ , ЕТИ – число деталей и сборочных единиц, изготавливаемых с применением типовых и групповых ТП.
Для данного ПУ ДТИ = 0, ЕТИ = 1 .
Ä , Å – общее число деталей и сборочных единиц, кроме крепежа.
Для данного ПУ Д = 0, Е = 1.,
Тогда КТИ = (0+1) / (0+1) = 1.
Определяем коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля по формуле:
Карк = nа.к / Nк,
где nа.к – количество операций контроля и настройки, которые
можно осуществить автоматизированным или механизированным
способом; Nк – общее количество операций контроля и настройки.
В рассматриваемом ПУ, операции контроля напряжения питания и выходного контроля осуществляется автоматизированным
методом. Операция регулировки длительности управляющих импульсов осуществляется вручную, путём подбора конденсатора С4.
Операция регулировки яркости свечения светодиодов также осуществляется вручную путём подбора сопротивления резистора R6.
Таким образом, для данного ПУ nа.к = 2, а Nк= 4.
Карк =2 / 4 = 0,5.
Рассчитанные показатели сведем в таблицы 1.12 и 1.13.
С учетом значений весовых характеристик, взятых из таблицы
2, определяем значение комплексного показателя технологичности:
0,84 ⋅ 1 + 1 ⋅ 1 + 1 ⋅ 0,8 + 0,07 ⋅ 0,5 + 0 ⋅ 0,3 + 1 ⋅ 0,2 + 0,5 ⋅ 0,1 3,24
=
Êê
= = 0,83.
1 + 1 + 0,8 + 0,5 + 0,3 + 0,2 + 0,1
3,9
Полученное значение Кк необходимо сравнить с базовым показателем Ккб, выбранным из табл. 4.2 [5]. При выполнении соотноÊê
шения =
Êó
≥ 1, конструкции изделия удовлетворяет требоваÊêá
ниям технологичности. При нарушении этого условия конструкция
нетехнологична, необходимо дать рекомендации по корректировке
конструкции.
На основании выполненных результатов расчетов можно сделать
вывод о том, что конструкция данного ПУ технологична (для установившегося серийного производства радиотехнических устройств
нормативное значение комплексного показателя технологичности
107
Таблица 1.12
Показатели технологичности печатного узла
Обозначе- Значение
ние
Показатели технологичности печатного узла
Количество монтажных соединений ИЭТ, которые
предусматривается осуществить автоматизированным
или механизированным способом, шт.
Общее количество монтажных соединений, шт.
Количество ИЭТ, подготовка выводов которых осуществляется с помощью полуавтоматов и автоматов, а так же
ИЭТ не требующие специальной подготовки, шт.
Общее число ИЭТ, которые должны подготавливаться
к монтажу, шт.
Число операций контроля и настройки, выполняемых
на полуавтоматических и автоматических стендах
Общее количество операций регулировки и контроля
Количество типоразмеров заимствованных деталей и
сборочных единиц
Общее количество типоразмеров деталей и сборочных
единиц
Общее число дискретных элементов, замененных
микросхемами и микросбороками, шт.
Общее число ИЭТ, не вошедших в микросхемы, шт.
Число типоразмеров печатных плат в изделии, шт.
Общее количество печатных плат, шт.
Всего деталей и сборочных единиц
Детали и сборочные единицы изготовленные по типовым ТП
Hам
63
Hм
75
HмпИЭТ
29
HпИЭТ
29
nам
2
Nк
4
Дтз
1
Дт
1
Hми
2
HЭРЭ
ДтПП
ДПП
Д+Е
29
1
1
1
Дтп,+ Етп
1
Таблица 1.13
Показатели технологичности радиотехнических устройств
qi
ji
Коэффициенты
1
1,0
2
1,0
3
4
5
6
0,8
0,5
0,3
0,2
7
0,1
Автоматизации и механизации монтажа
Автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу
Освоенности деталей и сборочных единиц
Применения микросхем и микросборок
Повторяемости печатных плат
Применения типовых ТП
Автоматизации и механизации регулировки и контроля
108
Обозначение
Значение
Кам
0,84
КмпИЭТ
1
Косв
Кмс
КповПП
Ктп
1
0,07
0
1
Карк
0,5
должно находиться в пределах 0,75…0,85 [5]). Дополнительных мероприятий по повышению технологичности изделия проводить не
следует.
1.10. Разработка структуры технологической системы сборки
Содержание и уровень разработки технологической системы (ТС)
сборки изделия зависит от вида проекта (КП по технологии сборки
или ВКРБ) и от степени развития персональной темы УИРС. Данная
задача, обязательная для решения в КП по технологии сборки, может быть не предусмотрена в составе задач конструкторско-технологической части ВКРБ. В ВКРБ направлений 11.03.03, 12.03.01(02)
и 12.03.05 разработка структуры ТС определенного уровня иерархии (рекомендуется первого – второго), является обязательной.
Рассмотрим варианты постановки и содержания задачи проектирования структуры ТС. Первый вариант заключается в разработке
организационно-технологической структуры ТС сборки и представление её в виде схемы, содержащей технологические модули, технологические комплексы (технологические линии), последовательно
соединенные в соответствии с маршрутным ТП сборки изделия.
Второй вариант также состоит в разработке организационно-технологической структуры ТС сборки, но в представлении её в виде планировки участка (цеха) сборки. На планировочную схему наносятся
линии, обозначающие последовательное движение элементов сборки
по разработанному маршруту. Здесь за основу может быть взята одна
из типовых организационных форм: на основе технологической специализации или в форме предметно-замкнутого участка.
Третий вариант заключается в разработке структурно-функциональной модели ТС, содержащей структуру ТС (первый вариант) и
функциональное описание элементов структуры по входам, выходам и технологической функции.
Для начала вспомним основные теоретические положения по
проектированию ТС.
Как и любая другая сложная (большая) система, ТС характеризуется следующими признаками:
– возможностью разбиения системы на множество подсистем,
цели функционирования которых подчинены общей цели функционирования всей системы;
– наличием разветвленной информационной сети сложных информационных связей между элементами и подсистемами;
109
– наличием взаимодействия системы с внешней средой; функционированием в условиях воздействия случайных факторов;
– наличием иерархической структуры.
Подсистемой называется часть системы, выделяемая по определенному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам
функционирования системы, например подсистема управления качеством продукции. В рамках этих задач подсистема может рассматриваться как самостоятельная система.
Иерархическая структура ТС означает возможность разбиения
системы на подсистемы различных уровней, когда подсистемы низших уровней входят составными частями в подсистемы высших
уровней. Обычно сложная система входит в качестве составной части в еще более сложную систему, которая по отношению к рассматриваемой системе является метасистемой.
Показателями качества функционирования ТС являются:
– эффективность (способность к выполнению поставленной перед ней целью);
– надежность (способность к функционированию при отказе отдельных ее элементов);
– помехозащищенность (способность слабо реагировать на нежелательные внешние случайные воздействия);
– устойчивость (способность сохранять требуемые свойства в условиях воздействия различных возмущений).
ТС обладают свойствами, которые облегчают задачу обеспечения
установленных показателей качества ее функционирования.
Специализация производства приводит к тому, что части ТС обособляются в виде отдельных участков, цехов, предприятий, отраслей.
При этом структура ТС усложняется, так как возникают дополнительные операции, например, связанные с транспортированием
полуфабрикатов и продукции.
Однако это усложнение, как и дополнительные затраты на управление, должны компенсироваться повышением производительности труда, связанным со специализацией производства.
Для справки:
Организационная форма сборки изделий зависит от: типа и уровня автоматизации производства; программы и номенклатуры выпускаемых изделий; конструкции, размеров и массы собираемых
изделий и их составных элементов; применяемого технологического оборудования; длительности процессов сборки и наладок техно110
логического оборудования и других факторов. При сборке изделий
применяют групповую, типовую поточную и единичную формы организации технологических процессов сборки.
Организационно-технологическая классификация ТП сборки:
По объекту сборки – ТП узловой, общей сборки
По стадии процесса – ТП предварительной, промежуточной,
окончательной
По последовательности сборки – схемы последовательная, параллельная, последовательно–параллельная (схемы сходящиеся,
расходящиеся)
По форме организации – сборка с технологической специализацией, сборка на предметно-замкнутых участках.
По состоянию изделия в процессе сборки – стационарная, подвижная
По поточности – однопредметная, многопредметная, однопоточная, многопоточная, режимы, виды перемещений и др.
В соответствии с системными положениями и современной концепцией интегрированной производственной системы (ПС), виды
структур ТС и функции их элементов можно представить четырьмя
уровнями, приведенными в табл. 1.12.
Показатели формы организации сборки можно определить, используя следующую методику.
По схеме сборочного состава необходимо рассчитать характеристики конструкции:
1. Степень сложности сборочного состава – n.
2. Средняя полнота сборочного состава – р = Q/n.
3. Степень расчлененности сборочного процесса (модуль расчлененности) – М = k/Q.
Здесь: n – количество ступеней сборки; Q – общее количество
сборочных единиц по схеме сборочного состава; k – окончательно
запроектированное число сборочных операций по техпроцессу.
Примечание. Модуль расчлененности оценивается после разработки технологического процесса сборки.
Если M > 1, то технологический процесс разработан с дифференциацией операций, что характерно для серийного и массового
производства. Если M < 1, то технологический процесс разработан
с концентрацией операций, что характерно для единичного производства.
Решение задачи разработки структуры ТС с построением организационно-технологической схемы. Разработанный маршрутный
111
Таблица 1.12
Структурные уровни ТС и примеры перечней функций
Структурные уровни
автоматизации
«0» уровень
Уровень технологических операций,
выполняемых в автоматизированном
технологическом
модуле (АТМ)
Функции элементов производственной системы
Программное управление режимами и исполнительными органами технологического оборудования
Программное выполнение основных и вспомогательных операций в АТМ.
«1» уровень
Программная смена инструмента
Автоматизация всех Программный контроль объектов изготовления
операций в автоПрограммный контроль режимов операций и исномном технолополнительных органов оборудования
гическом модуле
Управление межоперационным транспортироваили автоматизация
нием в АТК
технологического
Программное управление накопителями
комплекса
Сбор, обработка и передача информации в АСУ
Уровень АТК
верхнего уровня (о состоянии, загрузке; заявки
на комплектацию и инструмент; количественные
показатели; статистические данные по качеству)
Выполнение функций АТМ и АТК, входящих
в АТЛ или АТУ
Программное управление накоплением, хранени«2» уровень
ем и выдачей объектов изготовления
Автоматизация
Программное управление накоплением, храненитехнологических
ем и выдачей инструментов и оснастки
процессов, выполПрограммное управление транспортированием
няемых в АТМ и
объектов изготовления в соответствии с выбранАТК, объединенных
ным алгоритмом управления
в структуре автомаПрограммное управление транспортированием
тизированной линии
инструментов и оснастки в соответствии с выили автоматизиробранным алгоритмом управления
ванного участка
Планирование и оперативное управление АТЛ
Уровень АТЛ или
или АТУ (создание потока работ:
АТУ
управление заказами; разработка сменно-суточных заданий и календарно-сетевых графиков)
Создание отчетной документации по объектам изготовления и по АТЛ или АТУ
112
Окончание табл. 1.12
Выполнение функций 2 уровня автоматизации
Планирование и оперативное управление АЦ (соз«3» уровень
дание потока работ:
Автоматизация
управление заказами и поставками; разработка
производственной
сменно-суточных заданий и календарно-сетевых
системы – крупной
графиков для АЦ в целом и для АТУ и АТЛ)
структурной едини- Создание отчетной документации по объектам изцы предприятия –
готовления и по производственной системе
автоматизированный Автоматизация процесса технологической подцех
готовки производства нового изделия
Уровень АТЦ
Выполнение отчетной документации системы
качества
Выполнение функционально-стоимостного анализа
ТП сборки и монтажа изобразим в виде последовательности выполняемых операций, которую можно использовать для проектирования организационно-технологической структуры системы сборки.
В качестве примера возьмем схемы ТП, приведенные на рис. 1.44 и
1.45.
Для создания на основе одной из этих схем структуры виртуального производственного подразделения сборки и монтажа, необходимо наложить на схему перечень выбранного оборудования
Подготовка
компонентов
к установке
на ПП
Пайка
электрических
соединителей на ПП
Очистка
печатного
узла
Подготовка ПП:
- расконсервация, очистка и финишное покрытие;
- установка электромонтажных контактов (штырей,
пистонов) на ПП;
- установка деталей механических креплений ПП и
компонентов к ПП;
- приклеивание изоляционных прокладок, установка
и закрепление теплоотводящих шин, металлических
пластин-радиаторов и др.
Установка
электрических
соединителей на ПП
Контроль
печатного
узла
Пайка
бескорпусных
микросборок на ПП
Пайка
компонентов
на ПП
Установка
компонентовна ПП
Влагозащита
печатного
узла
Рис. 1.44. Структурная схема маршрутного ТП сборки модулей
113
Подготовка
к нанесению
припойной
пасты
Нанесение
припойной
пасты
Контроль
нанесения
припойной
пасты
Установка
компонентов
Отмывка
печатного
узла
Ручной
монтаж
компонентов
Пайка
оплавлением
припойной
пасты
Контроль
установки
компонентов
Контроль
качества
пайки
Влагозащита
печатного
узла
Рис. 1.45. Структурная схема операций монтажа модуля
и проанализировать такие его технические характеристики, как
возможность встраивания в линию, габариты обслуживаемого объекта, характеристику производительности, необходимость в буферных накопителях на входе и выходе, уровень автоматизации и инфраструктуры (характеристику обслуживаемости).
В результате анализа по каждому элементу технологической схемы может быть выбрано одно из решений:
– образовать автономную технологическую позицию, линейно
связанную с основным технологическим потоком объекта производства;
– выделить для выполнения операции(й) отдельное производственное помещение в связи с многофункциональностью выполняемых задач, многономенклатурностью операции, необходимостью
сопряжения с ручными операциями и т. п.;
– встроить оборудование в линию, учитывая совместимость и
синхронизацию основных технических и организационных характеристик.
В результате может быть получен вариант организационно-технологической структуры, показанный на рис. 1.46.
При разработке технологической планировки участка (цеха) выполняют схему расположения рабочих мест на поточных линиях и
специализированных участках, определяют основные потоки движения изделий, места их загрузки, выгрузки, хранения, складирования, упаковки и т.д. По габаритам выбранного оборудования и
транспортных средств определяется необходимая производственная
площадь. Учитывается также площадь, необходимая для удобного
обслуживания рабочих мест и проходов. Минимальная ширина
114
Участок
заготовительных
и подготовительных операций
Склад
комплектации
Позиция
нанесения
пасты
АОИ
Линия установки и пайки
SMD компонентов
Материально-техническое обеспечениеи обслуживание
Участок
очистки и
влагозащиты
Участок
контроля
Участок ручного
монтажа и ремонта
Рис. 1.46. Организационно-технологическая структура
сборочно-монтажного цеха
проходов определяется видом транспорта, но не может быть менее
1500 мм. Полученная на основе технологического расположения
рабочих мест производственная площадь цеха (участка) уточняется
по нормативам удельной площади на единицу установленного оборудования. Величина и размещение вспомогательных помещений
определяется строительными нормами и правилами.
Планировка должна удовлетворять следующим требованиям:
1) технологический поток изготовления должен быть последовательным;
2) все транспортно-погрузочные и складские работы должны входить в общий поток;
3) транспортно-складские работы должны быть максимально механизированы и автоматизированы;
4) планировка должна обеспечивать сохранность материальных
ценностей, а также возможность учета деталей, полуфабрикатов,
узлов, изделий;
5) окупаемость оборудования участка (цеха) по данной технологической планировке должна укладываться в норматив.
Пример планировки участков производства приведен на рис.
1.47 и 1.48.
На рис. 1.48: 1 – шкаф; 2 – рабочий стол для нанесения пасты;
3 – манипулятор для установки SMD компонентов LM9001; 4 – печь
ИК-оплавления припоя; 5 – стеллаж технологический; 6 – стол
монтажника РЭА (тип 1); 7 – стол монтажника РЭА (тип 2); 8 – стол
монтажника РЭА (тип 3); 9 – станок намоточный; 10 – стойка компьютерно-приборная; 11 – шкаф офисный
115
Условные обозначения
Приобретаемое оборудование
Имеющееся оборудование
Рабочие места
№ позиции (см. табл. 4)
Мин. площадь пола
для оборудования
Рис. 1.47. Пример планировки участка поверхностного монтажа
Рис. 1.48. Пример планировки сборочно-монтажного цеха
При построении функциональной структуры ТС необходимо
составить предварительно перечень функций, подлежащих реализации в данной ТС. Функция, которая выражает назначение системы и для выполнения которой эта система создается, называется
главной функцией. Функция, без выполнения которой невозможна
116
Внешние факторы
k1
Подсистема k2
«ПП»
Подсистема
«ПАСТА»
k3
k4
Подсистема
«УСТАНОВЩИК»
Подсистема
«ПЕЧЬ»
k5
Рис. 1.49. Структура ТС монтажа: k1 – k4 –показатели качества на
входах подсистем; k5 – показатели качества паяных соединений
реализация главной функции, называется основной функцией. Выполняемую функцию характеризуют функциональные параметры.
Эти параметры должны быть четко определены в перечне функций,
так как создание ТС заключается в ее разработке с требуемыми значениями функциональных параметров.
Естественно, что к основным функциям ТС относятся в первую
очередь технологические операции. Под технологической операцией ТС будем рассматривать физическое преобразование заданного
входного состояния предмета производства, в требуемое его выходное состояние.
В качестве примера рассмотрим построение функциональной
структуры ТС, ограниченной выполнением операций, представленных на рис. 1.49.
Сформированная структура является структурной моделью ТС
на уровне процесса монтажа, позволяющей получить основу для
выполнения анализа структурных элементов, их взаимосвязи и
проведения декомпозиции. Как видно из рис. 1.49, структурная модель не дает полного представления о связях, отношениях (видах
функциональных связей и их характеристиках) между структурными элементами (подсистемами) в ходе процесса.
1.11. Разработка функциональных моделей
технологических операций
Для исследования элементов представленной на рис. 1.49структуры ТС, построения её модели и моделей элементов, используем
методику построения структурно-функциональных моделей, развитую применительно к технологическим задачам в публикации
[3]. Будем рассматривать каждый из элементов структуры ТС как
её подсистемы.
Формализованное описание функции ТС монтажа можно представить в виде трех компонент:
117
P = (D, G, H), (1)
где D – действия, производимые ТС и приводящие к желаемому результату, т. е. к реализации заданной функции – выполнению качественных паяных соединений; G – предмет, на который направлено
действие D; H – особые условия и ограничения, при которых выполняется действие D.
Каждая из подсистем построенной структуры ТС имеет своё содержание компонент выражения (1), определяемых функциональными задачами.
Формализованный вид технологической функции для каждой
из подсистем:
F = (P, Q),
где Р – выполняемая функция, описываемая выражением (1); Q –
физическая операция.
Описание физической операции в подсистеме в формализованном виде можно представить в следующем виде:
Q = (AТ, E, CТ),
где AТ, CТ – соответственно входной и выходной поток (фактор) материального предмета, технологического материала, энергии и др;
Е – наименование операции Коллера по превращению AТ в CТ.
Это описание, например, для подсистемы «Печь» можно сформулировать так: паста на выводах компонента (АТ ) посредством теплового нагрева (Е – Оп.Коллера № 10 «соединение») превращается
в твердое состояние (CТ).
В анализируемых подсистемах используются следующие операции Коллера: Оп.1 излучение, Оп.5 преобразование, Оп.10 соединение, Оп.12 накопление, Оп.14 фиксирование.
Формализация описания структурной или функциональной модели позволяют получить соответствующие, по характеру отображаемых свойств объекта, математические модели (ММ): структурные и функциональные. Виды таких описаний зависят от отображаемых свойств и могут быть: структурные (рис. 1.49), логические
(выражение 1) и количественные.
Функциональные ММ предназначены для отображения физических или информационных процессов, протекающих в технологических системах при их функционировании. Обычно функциональные ММ представляются системой уравнений, описывающих фазовые переменные технологических преобразований, внутренние,
внешние и выходные параметры.
118
Типичная функциональная модель любой из функциональных
задач подсистем ТС монтажа представляет собой систему уравнений, описывающих соответствующие операции и действия в подсистемах: механические, химико-термические, электрохимические, тепловые. Функциональные модели применяют преимущественно на завершающих этапах верификации описаний объектов, предварительно синтезированных с помощью структурных
моделей.
Исследование ТП монтажа печатных узлов также характеризуется различными иерархическими уровнями: самый высокий уровень – анализ принципиальной схемы ТП, который включает отдельные этапы, причем этап может содержать несколько операций.
Моделирование ТП разного уровня происходит с помощью различных моделей и алгоритмов. Иерархические уровни ММ делятся на
микроуровни, макроуровни и метауровни.
На метауровне производство печатных узлов может быть описано выражением Y = MX, где X – вход системы, Y – ее выход, а
М – функциональный оператор, являющийся матрицей отношений
между входом и выходом по всему технологическому маршруту, начиная с получения заготовок ПП и с учетом всех отношений, определяемых внешней средой.
На макроуровне ММ ограничивается только ТС монтажа, а ее
вход и выход представляется совокупностями переменных X = (x1,
…, xn), Y = (y1,…, ym). Входные переменные x1, …, xnхарактеризуют состояние ПП, поступившей на вход ТС (выраженное в основном показателями качества контактных площадок), а переменные y1,…,ym
характеризуют выход системы и представляют собой показатели
качества паяных соединений печатного узла.
Формирование непосредственно паяных соединений выполняется в подсистеме «Печь». К этой позиции ПП с установленными на
пасту компонентами приобретает состояние, описываемое показателями, характеризующими выполненные преобразования в ТС
X = {x1,…,xn}⊆ Z
Преобразования объекта, выполняемые в подсистемах «Паста» и
«Установщик» задается отношением R между переменными z1,…, zk.
Связность переменных обозначим R(z). Для любых двух переменных
x ⊆ z и y ⊆ z отношение R порождает отображение jR,x,y : X → Y, являющееся ММ на микроуровне для функционального параметрического отображения физических процессов в подсистемах. Отобра119
жение физических процессов в микроуровневой ММ производится
в непрерывном пространстве и времени.
Соответствие между входными и выходными условиями в ММ
микроуровня определяется с помощью аппарата соответствия. Так
в таблицах соответствий нескольким входным переменным могут
соответствовать несколько выходных условий. Аналогично, каждое выходное условие образовано несколькими входными переменными. Таблицы соответствий строятся на основе экспериментов
или на основе имеющейся производственной статистики.
Разработка структурно-функциональных моделей подсистем.
Задача решается выполнением декомпозиции построенной структурно-функциональной модели ТС на модели подсистем, обозначенных на рис. 1.48.
Подсистема «ПП». Содержание функциональной задачи данной
подсистемы состоит в обеспечении пригодности контактных площадок ПП к выполнению последующих операций, а выполняемая операция – контроль ПП до помещения их в накопитель ПП.
В качестве примера рассматривается односторонняя жесткая
ПП, размеры которой находятся в пределах 270х150 мм, а её параметры соответствуют 5 классу точности по ГОСТ 53429-2009. Так
как паяные соединения образуются только на контактных площадках ПП, то основные параметры входа и выхода данной подсистемы
определяются контактными площадками (КП), т. е. совокупностью
показателей k1 = k2. Разница между ними состоит в том, что k1 не
прошли контроль, а k2 описывают параметры КП в соответствии
с техническими требованиями. На КП нанесено финишное покрытие. Следовательно, на входе подсистемы имеем совокупность образованных на поступившей ПП параметров КП k1: XКП = {x1, …,xn},
*
а на выходе XÊÏ
= {x1* ,..., xn* } параметры, прошедшие преобразование ZКП (контроль соответствия). Структурно-функциональная модель подсистемы «ПП» приведена на рисунке 1.50.
Контролируемыми параметрами {x1,…,xn} КП являются: размеры, химический состав покрытия, адгезия к контактной площадке,
толщина покрытия, равномерность.
XÊÏ = {x1,..., xn )
XÊÏ = {x1, …,xn } ⊆ ZÊÏ
*
YÊÏ
= {x1* ,..., xn* },
Рис. 1.50. Структурно-функциональная модель подсистемы «ПП»
120
*
XÊÏ
= {x1* ,..., xn* },
XÏT = {xÒ − ÏÏ , xÒ − Ï − Ð , xÏÒ − ÊÏ }
{xÒ − ÏÏ } ⊆ zT ; {xÒ − Ï − Ð } ⊆ zT − Ð ;{xÏ − ÊÏ } ⊆ zÏ
YÏÒ = {xÏÒ − ÊÏ }
Рис. 1.51. Структурно-функциональная модель подсистемы «Паста»
Подсистема «Паста». Паяльная паста наносится на КП методом трафаретной печати с использованием трафарета с открытыми
апертурами, что обеспечивает наиболее высокую производительность и повторяемость процесса. Выполнение операции содержит
три этапа: позиционирование трафарета на ПП, установленную
в оборудовании, нанесение пасты, снятие трафарета. При анализе
рассматривались следующие системы на микроуровне: «трафаретПП» (Т-ПП), «трафарет-паста-ракель» (Т-П-Р), «паста-КП» (ПТ-КП).
Параметры, определяющие выполнение системами микропроцессов взаимосвязаны, поэтому в функционально-структурной модели подсистемы «Паста» (рис. 1.51) отображены три группы преобразований.
К основным параметрам преобразований Z в данной подсистемы
относятся следующие: z1 – объем пасты на КП; z2 – вязкость пасты;
z3 – точность установки трафарета; z4 – точность изготовления трафарета; z5 – характеристики операции нанесения пасты. На выходе
подсистемы основные параметры {xÏÒ − ÊÏ } это объем пасты на КП
и вязкость пасты.
Подсистема «Установщик». Параметры процессов на микроуровне этой подсистемы выражаются точностью позиционирования
компонента с дозированной нагрузкой на компонент по координате
z при позиционировании на посадочной площадке. Пониженная величина усилия вдавливания компонента в отпечаток пасты создает
вероятность последующего смещения, повышенное усилие приводит к выдавливанию пасты за пределы КП.
Структурно-функциональная модель подсистемы «Установщик»
приведена на рис. 1.52.
XÓ = {xÏÒ − ÊÏ }
XÓ = {xÓ 1, …,xÓn } ⊆ ZÓ
YÓ = {xÓ }
Рис. 1.52. Структурно-функциональная
модель подсистемы «Установщик»
121
XÏ× = {xÓ }
XÏ× = {x1, …,xm } ⊆ ZÏ×
YÏÑ = {xÏÑ }
Рис. 1.53. Структурно-функциональная модель подсистемы «Печь»
Основные выходные параметры, составляющие YУ: zУ – точность
установщика компонентов; zkz– точность отработки координаты z.
Подсистема «Печь». Основные параметры преобразований в этой
подсистеме относятся к термопрофилю и точности его воспроизведения по температуре и времени. (zопл – погрешность времени оплавления; zт.р – реальная температура оплавления; zнаг – характеристики этапа нагрева; zохл – характеристики этапа охлаждения).
Структурно-функциональная модель подсистемы «Печь» приведена на рис. 1.53.
На выходе подсистемы имеем сформированные паяные соединения компонентов {xÏÑ } с основными параметрами: y1 – размерные
параметры паяного соединения; y2 – соответствие типовой форме
галтели; y3 – электропроводность соединения.
122
2. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ
НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ ИЗДЕЛИЯ
2.1. Содержание разделов технических условий
Структура и содержание ТУ строятся на основе требований ГОСТ
2.114-95[6]. Строгое соблюдение выполнения всех пунктов стандарта приведет к весьма трудоемкой работе по составлению документа,
во много раз превышающего объем КП или технологической части
ВКР, поэтому, воспользуемся следующим допущением, сделанным
в стандарте: «Состав разделов и их содержание определяет разработчик в соответствии с особенностями продукции. При необходимости ТУ, в зависимости от вида и назначения продукции, могут
быть дополнены другими разделами (подразделами) или в них могут не включаться отдельные разделы (подразделы), или отдельные
разделы (подразделы) могут быть объединены в один».
На основе этого допущения рекомендуется следующая примерная структура ТУ в пояснительной записке к КП, ВКРБ, ДП:
– вводная часть;
– технические требования;
– правила приемки и методы испытаний.
Вводная часть должна содержать наименование, назначение, область применения и условия эксплуатации. Изложение вводной части должно начинаться словами: «Настоящие технические условия
распространяются на ...». Для сложных изделий указывают принадлежность к системе верхнего уровня.
Раздел ТУ «Технические требования» в общем случае должен
состоять из указания основных параметров и характеристик. При
имеющейся связи качественных характеристик изделия с характеристиками материалов и комплектующих, указывают требования
к материалам и покупным изделиям;
К основным параметрам и характеристикам относятся требования и нормы, определяющие показатели качества и эксплуатационные (потребительские) характеристики объекта проектирования.
Подраздел должен начинаться словами: «Изделие должно соответствовать требованиям настоящих технических условий».
К основным параметрам и характеристикам, приводимым в данном подразделе, относятся:
– размерные параметры объекта (при наличие чертежа, дают на
него ссылку);
123
– требования назначения, характеризующие свойства изделия,
определяющие основные его функции, для выполнения которых он
предназначен в заданных условиях, например, требования к производительности, точности, скорости обработки, прочности и т. п.,
требования к составу и структуре, физико-химическим, механическим и другим свойствам;
– требования совместимости и взаимозаменяемости, например,
требования по функциональной, геометрической, электромагнитной, электрической, информационной, программной, технологической, метрологической и другим видам совместимостей;
– требования надежности к выполнению объектом своих функций с заданной эффективностью в заданном интервале времени и их
сохранению при заданных условиях технического обслуживания и
ремонта, в том числе количественные требования, в виде значений
единичных и (или) комплексных показателей безотказности, долговечности, ремонтопригодности и сохраняемости объекта. На объекты, использование которых по истечении определенного срока
представляет опасность для людей или окружающей среды, должны устанавливаться сроки службы;
– требования по обеспечению помехозащищенности, защиты от
электромагнитных и ионизирующих излучений как собственных,
так и внешних, в том числе преднамеренных электромагнитных излучений естественного и искусственного происхождения;
– требования к стойкости к внешним воздействиям и живучести, направленные на обеспечение работоспособности объекта при
воздействии и (или) после воздействия других объектов и окружающей среды либо специальных сред, в том числе: требования
к стойкости к механическим воздействиям (вибрационным, ударным, вкручивающим, изгибающим и т. п.); требования к стойкости к климатическим воздействиям (колебаниям температуры,
влажности, атмосферного давления, солнечной радиации, атмосферных осадков, соленого (морского) тумана, воды, пыли и т. п.);
требования к стойкости к специальным воздействиям (биологическим, радиоэлектронным, химическим, в том числе агрессивным
газам, моющим средствам, топливу, маслам и т. п., электромагнитным полям, средствам дезактивации, дегазации, дезинфекции
и т. п.);
– требования эргономики, направленные на обеспечение согласования технических характеристик объекта с эргономическими
характеристиками и свойствами человека (требования к рабочим
124
местам обслуживающего персонала, соответствие объекта и его составных частей эргономическим нормам и т. п.);
– требования экономного использования ресурсов (материальных, энергетических, трудовых), направленные на их экономное
использование при изготовлении объекта и регламентированном
использовании по назначению;
– требования технологичности, определяющие приспособленность объекта к изготовлению, эксплуатации, ремонту с минимальными затратами при заданных значениях качества;
– конструктивные требования, предъявляемые к объекту в форме конкретных конструктивных решений, обеспечивающих наиболее эффективное выполнение объектом его функций, а также рациональность при разработке, производстве и применении: предельно допустимые массу и габаритные размеры объекта; обеспечение
внешних связей и взаимодействие с другими изделиями, их совместимость, взаимозаменяемость, направления вращения, направления движения и т. п.; конструкционные материалы, виды покрытий и их функциональное назначение; требования исключения
возможности неправильной сборки и неправильного подключения
кабелей, шлангов и других ошибок обслуживающего персонала во
время технического обслуживания и ремонта; применение базовых
конструкций и базовых изделий; агрегатирования и функционально-модульного (блочно-модульного) построения изделий и т. п.
Раздел ТУ «Правила приемки и методы испытаний» может содержать два подраздела. В подразделе «Правила приемки» указывают порядок контроля продукции, порядок и условия предъявления и приемки спроектированного объекта органами технического контроля предприятия-изготовителя и заказчиком.
В зависимости от характера объекта устанавливают программы
испытаний (например, приемосдаточных, периодических, на надежность). Для каждой категории испытаний устанавливают
периодичность их проведения, количество контролируемых объектов, перечень контролируемых параметров, норм, требований
и характеристик объекта и последовательность, в которой осуществляется контроль.
В подразделе «Методы контроля» устанавливают приемы, способы, режимы контроля (испытаний, измерений) параметров, норм,
требований и характеристик объекта, необходимость контроля которых предусмотрена в подразделе «Правила приемки». Методы
контроля (испытаний, измерений) должны быть объективными,
125
четко сформулированы, точными и обеспечивать последовательные
и воспроизводимые результаты.
Для каждого метода контроля (испытаний, измерений), в зависимости от специфики проведения, должны быть установлены:
– методы отбора образцов;
– оборудование (приборы, приспособления, инструменты), материалы;
– подготовка к контролю (испытанию, измерению);
– проведение контроля (испытаний, измерений);
– обработка результатов.
В тексте, при необходимости, приводят схемы соединения оборудования с объектом.
2.2. Требования к качеству электрической энергии,
необходимой для функционирования изделия
Нормы качества электрической энергии на входах питания аппаратуры, с учетом которых она разработана и при которых обеспечивает заданные в ТТЗ (ТЗ) характеристики, должны соответствовать
установленным в стандартах на системы электроснабжения.
Электрической энергией аппаратуру обеспечивают автономные
источники (преобразователи) электроэнергии системы электроснабжения непосредственно или через систему вторичного электропитания. При этом показатели и нормы качества электрической энергии
на выходах системы электроснабжения и источников (преобразователей) электроэнергии должны соответствовать установленным
в ГОСТ В 23653, ГОСТ 21134 и стандартах на электроснабжение по
видам техники.
При питании аппаратуры от Госэнергосети общего назначения
она должна сохранять работоспособность при нормах качества электрической энергии, установленных в ГОСТ 13109.
Номинальные значения напряжения и частоты на входах питания аппаратуры, а также на входе ее системы вторичного электропитания, должны соответствовать указанным в ГОСТ 21128,
ГОСТ 6697 и стандартах на электроснабжение по видам техники.
Номинальные значения напряжения на выходе системы вторичного электропитания должны соответствовать значениям, указанным в табл. 2.1, а номинальные значения выходных токов –
в ГОСТ 18275.
Нормы качества электрической энергии на выходе системы
вторичного электропитания устанавливают с учетом требований
126
Таблица 2.1
Стандартизованные номинальные значения питающих напряжений
Номинальные значения напряжения
постоянного тока, В
Номинальные значения напряжения
переменного тока, В
(1,2); 1,5; 2,0; 2,4; 3,0; 4,0; 4,5; 5,0;
(5,2); 6,0; 9,0;
12,0; 15,0; 20,0; 24,0; 27,0; 36,0;
48,0; 60,0; 80,0;
100; 150; 200; 250; 270; 300; 400;
500; 600; 800;
номинальные значения от 1000 до
25000 В опущены
5,0; 6,0; (6,3); 12,0; (24); 27,0;
36,0; 40,0; (80); 115; 200; 220; 380
Примечания
1 Номинальные значения напряжения, приведенные в скобках,
применяют только по согласованию
с заказчиком и головной организацией по стандартизации.
2 Для электровакуумных приборов
СВЧ по согласованию с заказчиком
допускается устанавливать номинальные значения напряжений,
отличные от указанных
к функциональной части аппаратуры, подключаемой к ним. При
этом установившееся отклонение напряжения на входе системы
вторичного электропитания при воздействии всех дестабилизирующих факторов не должны превышать ±0,1; ±0,5; ±1,0; ±3,0; ±5,0;
±10,0 или ±20,0 % от номинального значения напряжения. Остальные параметры электропитания устанавливают в ТТЗ (ТЗ), исходя
из требований, предъявляемых к аппаратуре.
127
3. РАЗРАБОТКА ВОПРОСОВ ОРГАНИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВА И ЭКОНОМИКИ
Любое техническое решение может быть признано эффективным
и принято к внедрению лишь после того, как будет доказана его техническая прогрессивность и экономическая целесообразность. Поэтому экономическое обоснование технических решений является
обязательной составной частью ВКР. Выпускающая кафедра должна определить уровень и объем рассмотрения экономических вопросов в ВКР своих направлений и специальностей, соответствующих
компетенциям, внесенным в матрицу в строке «Итоговая государственная аттестация».
В технологическом КП и в технологической части ВКРБ должны
быть решены следующие обязательные задачи:
– выбор и обоснование организационной формы выполнения
одной из технологических операций (см. пример, рассмотренный
в пункте 1.4.4 при разработке маршрутной технологии, пример планировки участка производства в подразделе 1.10 или примеры, приведенные в приложении И);
– расчет технологической себестоимости сборки изделия.
В ДП задание по организационно-экономической части формируется консультантом по этим вопросам на основе предложений дипломника.
Примеры расчета технологической себестоимости изделия приведены ниже.
Пример 1. Расчёт себестоимости изготовления изделия
Расчет себестоимости производится в соответствии с основными
положениями по планированию, учету и калькуляции себестоимости промышленной продукции.
В данной работе себестоимость изделия определяется на основе
следующей типовой группировки затрат по статьям калькуляции:
1. Сырье и материалы.
2. Возвратные отходы (вычитаются)
3. Покупные комплектующие изделия.
4. Топливо и энергия на технологические цели.
5. Основная зарплата производственных рабочих.
6. Дополнительная зарплата производственных рабочих.
7. Отчисления на социальное страхование.
8. Расходы на содержание и освоение производства.
9. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования.
128
10. Цеховые расходы.
11. Общезаводские и внутрипроизводственные расходы.
Первые десять статей образуют цеховую себестоимость, с общезаводскими расходами – производственную стоимость, и все вместе
полную себестоимость изделия Ñïîëí . Затраты на сырьё, материалы, комплектующие изделия, топливо и энергию определяются по
нормам расхода и действующим оптовым ценам и тарифам, за вычетом стоимости отходов.
Расчёт затрат на сырьё и материалы приведён в табл. 3.1, а расчёт
затрат на покупные комплектующие изделия в табл. 3.2.
Таблица 3.1
Расчёт стоимости основных материалов
№
п/п
Наименование материала
Единица
измерения
Цена
единицы, руб.
Норма расхода на изделие
Общая
сумма,
руб.
1
Проволока ДКРНМ 0,1 НП2
ГОСТ 2179-75
м
0,65
0,06
0,04
2
Проволока ММ-1,0 ТУ16
К71-087-90
м
1,2
0,024
0,03
м2
98,5
0,000792
0,08
м2
83,6
0,000004
0,0003
100 г
628,6
0,03
18,86
30 г
67,3
0,067
4,49
3
4
5
6
Прокладка Multiterm
24×33×3 мм
Лента ДПРХМ 0,4 НД М1
ГОСТ 1018-77
Припой HS10 2510 TYP TSC
0,5 (SAC PB Free)
Клей-герметик «Эластосил
137-83» ТУ6-02-1237-83
Итого:
23,49
С учётом транспортно-заготовительных расходов (3%):
24,20
Таблица 3.2
Расчёт стоимости покупных изделий
№
п/п
1
2
3
Наименование.
Плата печатная PP 663-07
c ЭРЭ 32,5×24,5×1 мм
Плата печатная PP 664-06
c ЭРЭ 22,5×22,5×1 мм
Основание BF20ISL (Simek)
Цена еди- Кол-во на из- Общая сумницы, руб.
делии, шт.
ма, руб.
1038
1
1038
847
1
847
46,5
1
46,5
129
Окончание табл. 3.2
№
п/п
Цена еди- Кол-во на из- Общая сумницы, руб.
делии, шт.
ма, руб.
Наименование.
4
5
6
Кожух SC002C
32
1
Резонатор MX2-10RevB
54
1
Транзистор IRFU 024
9,2
1
Терморезистор DIN-W104
7
15,6
3
56N
Итого:
С учётом транспортно-заготовительных расходов (3%):
32
54
9,2
46,8
2073,50
2135,71
Затраты на транспортно-заготовительные расходы определяются в размере 3% от стоимости материалов и покупных изделий.
Стоимость возвратных отходов определяется в размере 5% от стоимости материалов. Основная заработная плата производственных
рабочих определена на основе трудоёмкости работ и часовых тарифных ставок
=
Ðîç
m
∑ Ti ⋅ ti ,
i =1
где ti – трудоёмкость i-ой операции (вида работ) в час; ti – тарифная
ставка, соответствующая разряду работ i-ой операции; m – количество видов работ.
Расчёт основной заработной латы производственных рабочих
приведён в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Расчёт основной заработной платы производственных рабочих
№
п/п
1
2
Вид работы
Подготовительные
работы
Сборка и монтаж
Итого:
ТрудоемСредний
кость, нор- разряд рамо/час
бот
Часовая тарифная ставка, руб.
Основная
зар.плата,
руб.
0,12
3
51
6,12
1,5
5
91
136,5
142,62
Дополнительная заработная плата определяется в размере 10% –
15% от основной, а отчисления на социальное страхование – 26% от
основной и дополнительной заработной платы.
130
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования и расходы на подготовку и освоение производства включаем в состав цеховых расходов и в качестве отдельной статьи затрат в калькуляцию
себестоимости не вносим. В этом случае цеховые и общезаводские
расходы определяются на основе процента цеховых Н`ц и заводских
Н`з расходов к фонду основной заработной платы производственных
рабочих. Рекомендуется: H`ц = 100—200%; Н`з = 50—100%.
Внепроизводственные расходы могут быть приняты в размере
3-5 % от производственной себестоимости.
Договорная оптовая цена нового изделия определяется исходя из
полной себестоимости изделия по формуле
Ц = Сп (1+Пр/100),
где: Пр – процент плановой прибыли, принимается равным 25%.
Расчет себестоимости и оптовой цены изготавливаемого устройства представлен в табл. 3.4.
Таблица 3.4
Калькуляция себестоимости и расчёт оптовой цены
Статьи затрат
Затраты на
единицу
(руб.)
Сырье и материалы
24,20
См.табл. 3.1
Возвратные отходы (вычит)
1,21
5% от стоимости
материалов
Примеч.
Покупные изделия
2135,71
См.табл. 3.2
Основная зарплата производственных
рабочих, З0
142,62
См.табл. 3.3
Дополнительная зарплата
производственных рабочих, Зд
18,54
13% от Зо
Отчисления на соц. страх, Зс
57,86
26% от (Зо+Зд)
Цеховые расходы
213,93
150% от Зо
Цеховая себестоимость, Сц
2591,65
Общезаводские расходы
106,97
Производственная себестоимость, Спр
2698,61
Внепроизводственные расходы
107,94
Полная себестоимость, Сп
2806,56
Плановая прибыль
701,64
Оптовая цена предприятия Ц0
3508,20
75% от Зо
4% от Спр
25% от Сп
131
Пример 2. Расчёта себестоимости изделия
Себестоимость продукции – выражение в денежной форме текущих затрат предприятия на производство и сбыт продукции. Затраты на производство образуют производственную себестоимость.
Затраты на производство и сбыт – полную себестоимость.
Расчёт себестоимости проектируемого блока электроники электрокардиостимулятора, может осуществляется с помощью точных
и приближённых методов. Приближённые методы расчёта применяются на начальных стадиях проектирования, когда отсутствуют многие данные, необходимые для проведения точных расчётов.
К точным методам относятся методы калькулирования.
Для расчёта себестоимости проектируемого блока электроники
электрокардиостимулятора, используется один из наиболее распространённых в промышленности методов калькулирования – расчётно–аналитический метод. Его сущность сводится к тому, что прямые затраты на единицу продукции определяются путём нормативного расчёта, а косвенные – пропорционально принятому признаку.
Принят следующий состав статей калькуляции:
1. Материалы;
2. Стоимость возвратных отходов;
3. Покупные комплектующие изделия и полуфабрикаты;
4. Тепловая и электрическая энергия на технологические цели;
5. Основная заработная плата производственных рабочих;
6. Дополнительная заработная плата производственных рабочих;
7. Отчисления на социальные нужды;
8. Расходы на содержание и освоение производства новых видов
продукции;
9. Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования;
10. Возмещение износа инструментов и приспособлений целевого
назначения;
11. Общепроизводственные расходы;
12. Общехозяйственные расходы;
13. Прочие производственные расходы;
14. Внепроизводственные расходы
Статья 1. «Материалы»
В статью включаются затраты на основные материалы, т. е. материалы, используемые для изготовления подложек, а также те
вспомогательные материалы, которые используются для технологических целей (лаки, припои, флюсы для пайки и др.). Номенкла132
тура основных материалов составляется на основе конструкторской
документации (спецификаций), а вспомогательных на основе технологической. Нормы расхода тех и других материалов на единицу
продукции (деталь узел) устанавливаются на основе карт технологических процессов.
Расчёт затрат по этой статье на устройство (100 шт.) приведён
в табл. 3.5
Таблица 3.5
Затраты на материалы
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Наименование материалов
(торговое название)
Аммиак вод. ОС4
Перекись водорода
Гидрат окиси калия
Бихромат калия
Кислота серная ОС4
Кислота азотная ОС4
Ацетон
Спирт изопропиловый
Спирт этиловый
Углерод 4-х хлор.
Батист х/б
Бязь х/б
Перчатки резиновые
Напальчники рез.
Бумага фильтр.
Фоторезистор ФП-383
Фоторезистор ФП-051к
Кислота фотористовая
Кислота ортофосфорная
Натрия гидрат окиси
Фильтры обезол.
Медь гранулированная
Ванадий лента В-ПП
Хром ЭРХ
Азот жидкий
Молибденовый пруток
Танталовая лента
Вольфрам провол.
Тигель–диборит титана
Смола ЭД – 20
Смола ПО – 300
Отвердитель ДА-500
Уайт – спирит
Краска 8001-01 черная
Лак УР – 231
Отвердитель ДГУ
Единица Норма Оптовая цена
Сумма, р.
измерения расхода за единицу
кг
л.
кг
кг
кг
кг
л.
л.
л.
л.
м.
м.
пар.
шт.
кг
кг
кг
л.
л.
кг
пачка
кг
кг
кг
л.
кг
кг
кг
шт.
кг
кг
кг
л.
кг
кг
кг
0,5
3,0
1,5
1,0
1,0
1,0
1,0
3,0
1,0
1,0
0,5
0,5
4
20
0,5
0,1
0,12
0,5
1,0
1,0
1
0,2
0,01
0,001
160,0
0,8
0,25
0,01
1
0,1
0,1
0,05
0,8
0,01
0,075
0,1
18
74,76
46,2
79,8
28,68
49,56
83,04
92,4
70,0
16,0
39,0
12,9
30,0
2,4
40,0
2142,0
2359,14
51,96
54,96
20,0
60,0
162,0
240,0
7500,0
5,37
270,0
360,0
260,0
150,0
228,0
468,0
540,0
30,42
167,34
239,59
235,2
9,0
224,3
69,3
79,8
28,68
49,56
83,04
277,2
70,0
16,0
19,5
6,5
120,0
48,0
20,0
257,04
283,10
26,0
54,96
20,0
60,0
32,4
2,4
7,5
859,2
216,0
90,0
2,6
150,0
22,8
46,8
27,0
24,3
1,67
17,97
11,8
133
Окончание табл. 3.5
№
п/п
37
38
39
40
41
42
43
Наименование материалов
(торговое название)
Единица Норма Оптовая цена
Сумма, р.
измерения расхода за единицу
Нитрат бора
кг
0,1
Гелий баллон
шт.
0,1
Аргон баллон
шт.
0,3
Бензин «Калоша»
л.
2,0
Диск алмазный
шт.
1
Стакан термостойкий
шт.
1
Стакан термостойкий
шт.
1
Проволка золотая Кр3л
44
г.
0,66
999.9-0,04
Итого: на 10 шт.
Итого: на 1 шт.
Транспортно – заготовительные расходы 5%
Итого: на 1 шт.
2500,0
1392,0
510,0
41,04
289,09
62,4
93,6
250,0
139,2
153,0
82,1
289,09
62,4
93,6
752,0
403,48
4787,53
478,75
23,94
502,69
Статья 2. «Стоимость возвратных отходов»
В статью «Стоимость возвратных отходов» включаются в стоимость сырья и материалов, образовавшихся в процессе превращения исходного материала в готовую продукцию, если они полностью или частично утратили потребительские качества исходного
материала и в силу этого не могут использоваться по прямому назначению. Возвратных расходов нет.
Статья 3. «Покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты»
В эту статью включаются затраты на приобретение готовых изделий и полуфабрикатов, требующих дополнительных затрат труда на их обработку или сборку при укомплектовании выпускаемой
продукции.
Расчёт затрат по этой статье приведён в табл. 3.6.
Статья 4. «Тепловая и электрическая энергия на технологические цели»
В эту статью включается стоимость затраченной при сборке
устройства электроэнергии.
Расчёт статьи приведён в табл. 3.7
Статья 5. «Основная заработная плата производственных рабочих»
В неё включается заработная плата производственных рабочих,
ИТР и других категорий работников, за работу непосредственно
связанную с выпуском продукции.
134
Таблица 3.6
Затраты напокупные комплектующие изделия и полуфабрикаты
Техническое обо- Норма расзначение или ха- хода на израктеристика
делие, шт.
Наименование
Корпус титан
Подложка поликоровая
Микросхема
Геркон
Стабилитрон
Диод
Резонатор
46-25-7,5
1
0,1
1
КН 1030 ХК1
МКА-10104
группаА
BZX84C12V
SD103AW
ДТ26-32,
768кГц
Цена за
единицу, р.
Сумма на
изделие,
р.
2056,32 2056,32
342,0
34,20
569,23 569,23
1
156,92
156,92
1
1
25,96
36,59
25,96
36,59
1
14,68
14,68
Итого:
Транспортно- заготовительные расходы 5%
Итого:
723,36
180,86
3798,12
Таблица 3.7
Затраты на тепловую и электрическую энергию, и на технологические
цели
№
п/п
Наименование
энергии
Единица измерения
Цена за единицу, р.
Норма расхода
Сумма,р
1
Электроэнергия
кВт
5-00
5
25-00
Итого:
25-00
Основная заработная плата определяется прямым путём по формуле
Зо = Зт + Зп ,
где Зт – заработная плата по тарифу, Зп – доплаты по сдельно- повременно- премиальным системам, 20%.
Заработная плата по тарифу определяется по формуле
=
Çò
n
∑ ti ⋅ Ti ,
i =1
где ti – трудоемкость по каждому виду работ, н.-час; Ti – тарифная
ставка разряда соответствующего i-му виду работ, n – количество
видов работ.
135
Расчёт трудоемкости работ изготовления платы приведён в табл.
3.8.
Таблица 3.8
Расчёт трудоемкости работ изготовления платы
Штучное время, ч.
Количество операций на
изделие
Трудоёмкость
н.-ч.
0,214
1
0,214
Нанесение сплошных резистивных слоёв, контроль измерение, очистка
0,3
1
0,3
Нанесение нижней обкладки
конденсаторов
0,3
1
0,3
Нанесение верхней обкладки
конденсаторов
0,3
1
0,3
Напыление плёночной структуры, контроль качества
0,381
1
0,381
Операции фотолитографии,
проверка адгезии
0,85
1
0,85
Измерение резисторов лазерная доводка резистора
0,6
1
0,6
Измерение резисторов лазерная доводка резистора
0,6
1
0,6
Формирование рисунка защитного слоя, технологическая маркировка подложек
0,4
1
0,4
Резка подложек на платы
0,116
1
0,116
Контроль сопротивлений
0,2
1
0,2
0,134
1
0,134
Наименование операции
Очистка подложки
Контроль OTК плат по внешнему виду
Итого:
4,40
Расчёт трудоемкости работ изготовления устройства приведён
в табл. 3.9.
Расчёт трудоемкости основных видов работ по их процентному
содержанию приведён в табл. 3.10.
136
Таблица 3.9
Расчёт трудоемкости работ изготовления устройства
Штучное Количество
время,
операций
ч.
на изделие
Наименование операции
Трудоёмкость,
н.-ч.
Подготовка оснований и крышек корпусов
0,1
1
0,1
Установка платы на основание корпуса
0,7
1
0,7
Установка компонентов на клей
0,9
1
0,9
Разварка перемычек и выводов навесных компонентов
0,9
1
0,9
Изоляция сварных соединений
0,5
1
0,5
Обдув сжатым воздухом
0,01
1
0,01
Контроль открытых устройств
0,2
1
0,2
Контроль ОТК открытых устройств
0,1
1
0,1
Точечная сварка
0,1
1
0,1
Вакуумная сушка
0,1
1
0,1
Герметизация устройства методом шовной сварки
0,5
1
0,5
Контроль качества сварных швов
0,05
1
0,05
Маркирование устройства
0,2
1
0,2
Лакирование устройства
0,34
1
0,34
Итого:
4,70
Таблица 3.10
Расчёт трудоемкости основных видов работ по их процентному содержанию
Процентное соотношение
Трудоёмкость, н/ч
Трудоёмкость, рассчитанная по процентному
соотношению в н/ч
Работы по изготовлению
платы
48
4,40
4,40
Работы по сборке и герметизации устройства
52
4,70
4,70
Итого:
100
Виды работ
9,10
137
Таблица 3.11
Расчёт основной заработной платы производственных рабочих
Разряд
Часовая тарифная ставка, р.
Трудоёмкость
н.ч.
Зарплата по тарифу, р.
Работы по изготовлению
платы
IV
90,25
4,40
397,1
Работы по сборке и герметизации устройства
IV
90,25
4,70
424,18
Виды работ
Итого зарплата по тарифу:
821,28
Доплаты 20%
164,26
Итого основная зарплата:
985,54
Расчёт основной заработной платы производственных рабочих
приведён в табл. 3.11.
Статья 6. «Дополнительная заработная плата производственных рабочих»
В неё включаются выплаты, предусмотренные законодательством о труде или коллективными договорами, за не отработанное
на работе время; она составляет 10% от основной заработной платы.
ЗД = 0,1. ЗО = 0,1. 985,54 = 98,55 р.
Статья 7. «Отчисления на социальные нужды»
В неё включаются отчисления на социальное страхование по
норме от суммы основной и дополнительной заработной платы производственных рабочих;
Норма для предприятий, занимающихся выпуском электронной
продукции 35,6%.
ЗСОЦ = 0,356. (ЗО+ЗД) = 0,356. (985,54 + 98,55) = 385,94 р.
Статья 8. «Расходы на подготовку и освоение производства новых видов продукции»
Сюда входят:
– расходы на освоение новых предприятий и производства;
– расходы на подготовку и освоение производства новых видов
продукции и новых технологических процессов
Расходы определяются по норме отраслевых коэффициентов,
установленных в процентах к основной заработной плате производственных рабочих.
138
В мелкосерийном производстве расходы на освоение составляют
50% от ЗО
ЗОСВ = 0,5. ЗО = 0,5. 985,54 = 492,77 р.
Статья 9. «Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования»
В эту статью включают затраты на содержание, амортизацию,
текущий ремонт производственного оборудования, ценных инструментов. Рассчитывается в процентах от основной заработной платы
производственных рабочих (50%).
ЗЭКСПЛ = 50%. ЗО = 0,50. 985,54 = 492,77 р.
Статья 10. «Возмещение износа инструментов и приспособлений целевого назначения»
К статье относятся
– погашение стоимости специальных инструментов и приспособлений, а так же расходы на их ремонт и поддержание в исправном
состоянии;
– специальные расходы (расходы на изготовление или приобретение нестандартного оборудования, испытательных станций и т.д.)
Нормативный коэффициент при мелкосерийном производстве
электронных устройств 56%.
ЗИЗН = (56/100) . ЗО = 0,56 . 985,54 = 551,90 р.
Статья 11. «Общепроизводственные расходы»
К ней относятся затраты связанные с управлением предприятием и организацией производства, которые не могут быть отнесены
непосредственно к затратам цехов в силу их общепроизводственного
характера, расходы 80% от основной заработной платы производственных рабочих.
ЗО.П. = 0,80 . ЗО = 0,80 . 985,54 = 788,43 р.
Статья 12. «Общехозяйственные расходы»
В неё включаются затраты на обслуживание цехов и управление
ими.
Для заводов специализирующихся на электронной промышленности величина расходов 50%.
ЗХ = 0,5 . ЗО = 0,5 . 985,54 = 492,77 р.
Статья 13. «Прочие производственные расходы»
В ней учитываются:
– отчисления на научно-исследовательские и опытные работы;
– затраты на гарантийное обслуживание и ремонт изделий;
139
– расходы на стандартизацию.
Рассчитываются в процентах от основной заработной платы производственных рабочих 14%.
ЗПП = 0,14 . ЗО = 0,14 . 985,54 = 137,98 р.
Статья 14. «Внепроизводственные расходы»
В ней учитываются:
– затраты на тару и упаковку на складах готовой продукции;
– прочие расходы (издание проспектов, каталогов и т.д.).
Расходы учитываются к производственной себестоимости
ЗВП = 0,05. С = 0,05 . 8752,46 = 437,62 р.
Результаты расчета себестоимости по статьям сведены в табл. 3.12.
Таблица 3.12
Результаты расчета себестоимости по статьям
№
п/п
1
2
Затраты
Наименование статей калькуляции
руб.
Материалы
502,69
Стоимость возвратных отходов
0
Покупные комплектующие изделия и полуфабри3
3798,12
каты
Тепловая и электрическая энергия на технологи4
25
ческие цели
Основная заработная плата производственных
5
985,54
рабочих
Дополнительная заработная плата производствен6
98,55
ных рабочих
7 Отчисления на социальные нужды
385,94
Расходы на подготовку и освоение производства
8
492,77
новых видов продукции
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудо9
492,77
вания
Возмещение износа инструментов и приспособле10
551,90
ний целевого назначения
11 Общепроизводственные расходы
788,43
12 Общехозяйственные расходы
492,77
13 Прочие производственные расходы
137,98
Итого производственная себестоимость:
8752,46
14 Внепроизводственные расходы
437,62
Итого полная себестоимость
9190,08
140
%
к итогу
5,47
0
41,33
0,27
10,72
1,07
4,20
5,36
5,36
6,01
8,58
5,36
1,50
4,76
Таблица 3.13
Сравнительный анализ трех основных электрокардиостимуляторов
Наименование технических показателей
Частота, имп/мин
Наименование устройств
ЭКС
ЭКС-323
ЭКС-300
От 30 до 155 имп/мин. с шагом 5 имп./мин.
Амплитуда стимулов, В
2.5, 5.0, 10.0
Показания к замене
Снижение контрольной частоты до 80 имп/мин
Средний ресурс
1,3; 1,7; 2,2; 2,7;
3,7; 4,7; 7; 8; 9
10 лет
Тип батареи
2,5; 5,0; 10,0
7 лет
7 лет
Литий-йод
Габаритные размеры, мм
Масса, г
46×25×7.5
52×43×7,5
53×47×10 мм
18
25
34
Материал корпуса
Титан
Таблица 3.14
Сравнение себестоимости выше перечисленных
электрокардиостимуляторов
№
п/п
Наименование статей калькуляции
ЭКС
ЭКС-323
ЭКС-300
Затраты, руб.
1
Материалы
502,69
526,23
502,24
2
Стоимость возвратных отходов
0
0
0
3
4
5
6
Покупные комплектующие изделия
3798,12 4569,53
и полуфабрикаты
Тепловая и электрическая энергия на
25
25
технологические цели
Основная заработная плата производ985,54 923,54
ственных рабочих
Дополнительная заработная плата
98,55
92,35
производственных рабочих
4798,63
25
996,32
99,63
7
Отчисления на социальные нужды
385,94
361,66
390,16
8
Расходы на подготовку и освоение
производства новых видов продукции
492,77
461,77
498,16
9
Расходы на содержание и эксплуатацию оборудования
492,77
461,77
498,16
10
Возмещение износа инструментов и
приспособлений целевого назначения
551,90
517,18
557,94
141
Окончание табл. 3.14
ЭКС
ЭКС-323
ЭКС-300
№
п/п
Наименование статей калькуляции
11
Общепроизводственные расходы
788,43
738,83
797,06
12
Общехозяйственные расходы
492,77
461,77
498,16
13
Прочие производственные расходы
137,98
Итого производственная себестоимость:
14
Внепроизводственные расходы
Итого полная себестоимость
Затраты, руб.
129,30
139,49
8752,46 9268,93
9800,95
437,62
490,05
463,45
9190,08 9732,38 10291,00
Выводы по экономическому разделу.
В результате проведенных расчетов были получены данные, которые по большинству позиций являются более эффективными, чем
результаты устройств с аналогичным назначением. Из таблицы 3.12
видно, что основной затратной частью изделия являются покупные
комплектующие изделия и полуфабрикаты 3798,12 руб., что на 20%
меньше, чем у ближайшего по технико-экономическим параметрам
устройства ЭКС-323, связано это с упрощением элементной базы за
счет внедрения новых технологий, однако основная заработная плата производственных рабочих и общепроизводственные расходы на
7% являются выше, чем у ЭКС-323, так как повышается трудоемкость и затрачиваемое время на изготовление технологически более совершенной модели электрокардиостимулятора. Сравнительный анализ трех основных электрокардиостимуляторов приведен
в табл. 3.13.
Несмотря на то, что затраты на оплату труда рабочих у ЭКС больше, чем у ЭКС-323, себестоимость первого варианта электрокардиостимулятора на 6% ниже аналога.
Результаты расчета себестоимости по статьям приведены в табл.
3.14.
142
4. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ОХРАНЫ ТРУДА
И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
4.1. Требования по технике безопасности
и охране труда в сборочно-монтажном производстве
В технологические системы входит производственное оборудование, механизмы, машины, аппаратура управления определенной степени сложности, с которыми взаимодействует человек
в процессе трудовой деятельности. К ТС в целом, а также к ее отдельным частям, рабочим местам, системам управления, средствам защиты, входящим в конструкцию, сигнальным устройствам и конструкциям, обеспечивающим безопасность при монтаже, транспортировке, хранении и ремонте, установлены общие
нормативные требования безопасности по ГОСТ 12.2.003-91. В требования безопасности обязательно включаются допустимые значения опасных и вредных производственных факторов, которые
устанавливаются стандартами подсистемы 1 ССБТ, межотраслевыми и отраслевыми правилами.
Требования по технике безопасности и охране труда должны соответствовать основным требованиям, предъявляемым к сборочным цехам приборостроительных и радиотехнических предприятий. Все требования производственной и экологической безопасности излагаются в технологической документации. С ней необходимо
ознакомить всех работающих (от ИТР до рабочего), как при обучении, так и при инструктаже в соответствии с ГОСТ 12.1.004-90.
Организация обеспечения безопасности производственного оборудования является составной частью системы управления охраной
труда на производстве. Безопасная эксплуатация оборудования достигается за счет:
– осуществления систематического контроля за его техническим
состоянием;
– своевременного и качественного ремонта оборудования;
– не допуска к работе технически неисправного оборудования.
Безопасность использования оборудования должна осуществляться за счет применения:
– технологически обоснованных конструктивных решений и
средств, предотвращающих опасные и вредные производственные
факторы;
– изоляции токоведущих частей;
143
– защитного заземления металлических нетоковедущих частей
оборудования;
– соответствующих средств предупреждения пожаро- и взрывоопасности;
– блокировок для предотвращения ошибочных действий и операций, а также специальных устройств, исключающих самопроизвольное включение;
– ограждения вращающихся частей;
– предупреждающих надписей, знаков, окраски в сигнальные
цвета и других средств сигнализации об опасности (предупреждающие надписи и знаки на оборудовании должны иметь четкие очертания, не сливаться с другими надписями).
К числу специфических требований, относящихся к сборочномонтажному производству можно отнести следующее.
Помещение, должно обладать двумя выходами: основным и запасным, на случай аварии или пожара. Проходы для персонала не
должны быть менее одного метра.
Спроектированный участок, в числе оборудования, включает
установку пайки, следовательно, необходима организация вытяжной вентиляции, для сведения к минимуму вредной для организма
человека атмосферы.
Оборудование, работа которого связана с нагревом, следует оснащать устройствами и приспособлениями, предотвращающими или
резко снижающими выделение в рабочее помещение конвекционного
и лучистого тепла. Для обеспечения безотказности работы оборудования и качественного исполнения производственного процесса необходимо своевременное техническое обслуживание (смазка необходимых
частей установки, проверка изоляции, окраска, регулировка и т. д.).
Общие требования техники безопасности и экологической безопасности к ТП:
– использование исходных материалов, заготовок, полуфабрикатов, комплектующих изделий и т. п., не оказывающих опасного и
вредного влияния на работающих;
– замена ТП и операций, связанных с возникновением опасных
и вредных факторов или с их значениями, не превышающими предельно допустимые нормы;
– применение дистанционного управления, комплексной автоматизации при наличии опасных и вредных факторов;
– разработка средств управления и контроля ТП, обеспечивающих безопасность;
144
– применение быстродействующей отсекающей аппаратуры,
устройств аварийной защиты;
– использование безотходных технологий замкнутого цикла
производства;
– применение сигнальных цветов и знаков безопасности в соответствии с ГОСТ 12.4.086-76, рациональных режимов работы.
Опасность поражения электрическим током возникает при использовании электрической сети напряжением от 42 В. Все доступные для прикосновения токоведущие части оборудования должны
быть защищены кожухами. Инструмент для производства электрических работ должен иметь изолирующие ручки из пластмассы или
резины. На приборах должны быть указаны: номинальное напряжение питания в вольтах, частота питающего напряжения, потребляемая мощность, ток. Приборы при нормальной эксплуатации не
должны нагреваться сверх допустимых значений. Для защиты персонала от напряжения до 1000В и выше применяются ограждения
сплошные (кожухи и крышки) и сетчатые. Применяется также блокировка в электроустановках напряжением выше 250В. Должна использоваться сигнализация, привлекающая внимание работающих
и предупреждает их неправильное действие. Запрещается ремонт
оборудования, находящегося под напряжением. Металлические части приборов класса 01 и I должны быть надежно заземлены.
Создание благоприятных условий труда, исключающих быстрое
утомление зрения, возникновение несчастных случаев и способствующих повышению производительности труда, возможно только при
правильно спроектированной осветительной системе. Необходимо,
чтобы освещенность рабочего места на линии сборки и монтажа составляла около 250 лк. Освещение рабочих мест должно быть комбинированным, когда к общему фоновому освещению добавляется местное,
концентрирующее световой поток на рабочее место. Метеорологические условия или микроклимат в производственных условиях определяется следующими параметрами: температура воздуха Т, °С; влажность, %; скорость движения воздуха на рабочем месте v, м/с. Изменение микроклимата приводит к снижению работоспособности человека, поэтому используются оптимальные значения этих параметров
для нормальной работы. В приборостроительной и радиоэлектронной
промышленностях большинство работ связано с невысокими физическими нагрузками, поэтому оптимальные значения микроклиматических параметров должны быть следующими: Т = 18–21°С; влажность
40–60 %; скорость движения воздуха v = 0,2–1,0 м/с.
145
Для устранения загазованности и запыленности воздушной среды производственных помещений должна применяться вентиляция. Основное назначение вентиляции – осуществление воздухообмена, обеспечивающего удаление из рабочего помещения загрязненного воздуха и подачу чистого воздуха. Так как, процесс пайки
связан с выделением вредных веществ, необходимо предусмотреть
местную вентиляцию для установки пайки волной. Местная вентиляция необходима при покрытии лаком, операции ручной пайки
и сушки платы. Необходимо предусмотреть общеобменную и приточную вентиляции для всего помещения. Приточный и удаляемый
воздух должен подвергаться обработке (нагреву или охлаждению,
увлажнению и очистке от загрязнений).
Для операций ручного монтажа необходимо установить вытяжные шкафы на рабочих местах Для электробезопасности требуется
регулярно проверять заземления приборов и установок. Обязательным является соблюдение правил технической эксплуатации электроустановок и правил техники безопасности при эксплуатации
электроустановок потребителей. Для обеспечения защиты от случайного прикосновения к токоведущим частям применять:
– изоляцию токоведущих частей;
– изоляцию рабочего места;
– знаки безопасности.
На всех рабочих местах цеха необходимо установить местное освещение.
4.2. Обеспечение экологической безопасности
При выполнении ТП сборки и монтажа основную опасность для
окружающей среды представляют продукты отходов на операциях.
Кроме этого, выполнение операций связано с загрязнением воздуха
различными газами, выделением тепловой энергии и другими побочными продуктами.
В КП необходимо выполнить анализ источников загрязнения
окружающей среды и указать мероприятия, необходимые для снижения или устранения их влияния.
Пример разработки мероприятий по обеспечению экологической
безопасности.
Вредные вещества и материалы, применяемые в ТП сборки и
монтажа, оказывающие вредное воздействие на окружающую среду, приведены в табл. 4.1 вместе с классами опасности и среднесуточной предельно допустимой концентрацией.
146
Таблица 4.1
Перечень материалов, оказывающих вредное воздействие
на окружающую среду
Материал
Pb (припойная паста: Sn-60%,
Pb-40%)
Флюс
Серная кислота
Медь
Эпоксидные смолы (УП650,
УП650Т, УП2124)
Поливинилхлорид
Куда входит
Класс
опасности
ПДК,
мг/м3
Пайка
1
0,0003
Пайка
Изготовление ПП
Проводники
2
2
2
0,0015
0,002
0,001
Стеклотекстолит
1
0,0003
Изоляция
2
0,002
Так как, все эти вещества и материалы имеют класс опасности 1
и 2, то можно дать несколько рекомендаций по замене этих веществ
на менее опасные:
– припой – заменить на термопластичный проводящий полимер;
– эпоксидные смолы – не использовать смолы марок УП650,
УП650Т, УП2124 (эти смолы особо опасные);
– медь – представляет опасность на этапе утилизации, следовательно, необходимо принять меры на этом этапе.
Токсичные отходы, возникающие при монтаже устройства,
должны быть удалены без попадания в окружающую среду. Для
этого на рабочем месте устанавливаются вытяжки, сообщающиеся с системой очистки выбросов предприятия-изготовителя. Для
очистки воздуха от взвешенных частиц (пыли, тумана) целесообразно применять электрическую очистку (электрофильтры со степенью очистки 80% и более), как один из наиболее совершенных
видов очистки, а для очистки от различных вредных газов (паров
свинца и прочих) – фильтр типа ФБ с фильтрующим элементом из
материала ФП (представляющий собой слои синтетических волокон, нанесенных на марлевую подложку) с эффективностью 0,999.
При выполнении работ с лакокрасочными материалами необходимо принимать меры по нейтрализации и уборке пролитых и рассыпанных материалов. Для этого используется гидрофильтр, который убирает покрасочный аэрозоль до 51%.
Сточные воды производства могут содержать азотную и серную
кислоты, поэтому стоки должны быть подвергнуты аммиачной
очистке. Нейтрализация сточных вод может производиться путем
фильтрации через известняк.
147
Утилизацию токсичных отходов I и II класса необходимо выполнять транспортированием на предприятия по утилизации токсичных отходов.
На предприятии необходима замкнутая водооборотная система,
что уменьшает число выбросов в окружающую среду и экономит материальные ресурсы предприятия.
Обязательным является соблюдение общих требований на очистку сточных вод и пылегазовыделений в соответствии с ГОСТ17.2.30278.
С учетом вышеизложенного при условии выполнения всех предложенных мероприятий, можно сделать вывод, что производство
устройства не будет наносить большого вреда окружающей среде и
не влечет за собой отдаленных экологических последствий.
148
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении необходимо указать основные результаты выполненного проекта.
Пример заключения КП.
В ходе курсового проектирования был разработан технологический процесс сборки и монтажа изделия «___________________»
и технологическая система, обеспечивающая его выполнение..
Был проведен анализ конструкции, являющийся исходным этапом технологического проектирования. Были рассмотрены альтернативные варианты маршрутной технологии и выбран более производительный из них. На основании программы выпуска изделия
произведен выбор технологического оборудования, спроектирован
участок сборки и монтажа. Промежуточным этапом разработки
технологического процесса явилась разработка технологической
схемы сборки и расчет технологичности конструкции. Выбрано современное технологическое оборудование для рассмотренных операций. Итогом работы стал комплект технологической документации, представленный в Приложении. Разработаны требования по
технике безопасности и охране труда. Разработана технологическая
схема сборки и чертеж оснастки (трафарет для нанесения паяльной
пасты).
Расчет технологической себестоимости показал, что разработанный технологический процесс экономически эффективен, а технологическая система, реализующая этот процесс, отвечает всем современным требованиям и является рациональной.
149
Список литературы
1. Ларин В.П., Шелест Д.К. Конструирование и производство типовых приборов и устройств: Учеб. пособие для вузов / СПб ГУАП.
СПб.: 2005. – 378 с.
2. Ларин В.П. Выпускная работа бакалавра: метод. указания.
СПб.: ГУАП, 2014. – 60 с.
3. Ларин В.П., Филатов Б.Г., Шелест Д.К. Конструирование приборов и электронных средств. Практикум разработчика, ч.1: метод.
указания к курсовому проектированию и конструкторско-технологической части выпускных квалификационных работ. СПб.: ГУАП,
2017. – 89 с.
4. Медведев А.М. Сборка и монтаж электронных устройств. М.:
Техносфера, 2007. – 256 с.
5. Пашков В.П., Поповская Я.А. Анализ и оценка технологичности изделий приборостроения / Метод. указания к курсовому и
дипломному проектированию. СПб.: ГУАП. 2007. – 21 с.
6. ГОСТ 2.114 – 95. ЕСКД. Технические условия. М.: Госстандарт
РФ, 1995. – 9 с.
150
Приложение А
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего образования
«Санкт-Петербургский государственный университет
аэрокосмического приборостроения»
КАФЕДРА КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИЙ ЭЛЕКТРОННЫХ
И ЛАЗЕРНЫХ СРЕДСТВ (№ 23)
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)
ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ
РУКОВОДИТЕЛЬ
должность, уч. степень, звание
подпись, дата
инициалы, фамилия
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
«Разработка ТП сборки изделия»
по дисциплине: «____________________________»
ПРОЕКТ ВЫПОЛНИЛ(А)
СТУДЕНТ(КА) ГР.
подпись, дата
инициалы, фамилия
Санкт-Петербург 20__
151
Приложение Б
ЗАДАНИЕ
на курсовой проект по дисциплине
«Технология сборки и монтажа ЭС (прибора)»
Выдано студенту гр. ___________________________
Тема проекта «Разработка ТП сборки изделия»
Исходные данные: сборочный чертеж электронного узла
Выполнить
1. Разработка ТЗ на проектирование ТС сборки
2. Конструктивно-технологический анализ изделия – объекта сборки.
3. Составление спецификации (комплектации) сборки изделия и разработка схемы сборочного состава сборки.
4. Разработка технологической схемы сборки и маршрутного ТП сборки.
5. Разработка заготовительных и подготовительных технологических
операций, выбор (проектирование) оснастки.
6. Выбор и обоснование видов соединений
7. Разработка сборочных (сборочно-монтажных) операций (выбор оборудования, проектирование оснастки и инструмента, формирование рабочих параметров и параметров управления, разработка алгоритма функционирования (управления), разработка модели и моделирование и др.).
8. Разработка заключительных операций.
9. Разработка контрольных операций в ТП сборки (определение: количества операций контроля; размещения контрольных операций в ТП сборки; контролируемых параметров и др.) выбор контрольного оборудования.
10. Оценка уровня технологичности конструкции изделия.
11. Разработка структуры и модели ТС сборки.
12. Разработка ТУ на эксплуатацию изделия.
13. Разработка вопросов экономики и организации производства.
14. Разработка вопросов безопасности выполнения операций и экологической безопасности.
Графический материал (на А4 в составе пояснительной записки)
1. Сборочный чертеж объекта сборки
2. Технологическая схема сборки.
3. Графический материал по п. 12 содержания (схема участка, схема
рабочей зоны, алгоритм выполнения автоматизированной операции, схема
модели и др.)
Задание выдал: Задание принял:
_____________________ «___» ___________ 20__ г. ____________________
«___» __________ 20__ г.
Срок выполнения проекта – «___» ____ 20___г.
152
Приложение В
Изложение текста пояснительной записки
Текст разделов, подразделов и пунктов пояснительной записки
должен быть кратким, четким и не допускать различных толкований. Не следует включать в записку пространные заимствования из
технической литературы, особенно из учебной. Весь заимствуемый
материал должен быть обработан и изложен в сжатой форме в виде
таблиц, перечислений, сравнительных диаграмм, графиков и, если
необходимо, кратких цитат и определений.
При изложении обязательных требований в тексте должны применяться слова «должен», «следует», «необходимо», «требуется,
чтобы», «разрешается только», «не допускается», «запрещается»,
«не следует». При изложении других положений следует применять
слова «могут быть», «как правило», «при необходимости», «может
быть», «в случае» и т.д. При этом рекомендуется использовать повествовательную форму изложения текста документа, например
«применяют», «используют», «рассчитывают» и т. п. Не следует
применять «рассчитаем», «я применил» и т. п.
В пояснительной записке должны применяться научно-технические термины, обозначения и определения, установленные соответствующими стандартами, а при их отсутствии – общепринятые
в научно-технической учебной литературе.
В тексте записки не допускается:
– применять производственные и бытовые вульгаризмы, техницизмы, заводской и иностранный сленг, произвольные словообразования и др. при наличии общепринятых терминов и наименований
объектов описания;
– применять обороты разговорной речи;
– применять для одного и того же понятия различные научнотехнические термины, близкие по смыслу (синонимы), а также иностранные слова и термины при наличии равнозначных слов и терминов в русском языке;
– применять сокращения слов, кроме установленных правилами
русской орфографии и соответствующими стандартами;
– сокращать обозначения единиц физических величин, если они
употребляются без цифр (сокращения применяются только в таблицах, формулах и иллюстрациях);
153
– применять математический знак минус (-) перед отрицательными значениями величин, использовать знак для обозначения
диаметра (следует писать «минус» и «диаметр»);
– применять без числовых значений математические знаки, например >, <, =, ≥ , ≤ , ≠ , а также знаки №, % (следует писать «больше», «меньше», «номер», «проценты» и т.д.).
Применяемые в тексте описания надписей на лицевых панелях
приборов, задних стенках и т. п., выделяются шрифтом (без кавычек), например ВКЛ, ПУСК. В кавычки ставятся надписи, состоящие из цифр и (или) знаков, а также наименования команд, режимов, сигналов, например, «+5 В», « Δα », «ОТКАЗ», «ПЕРЕГРУЗКА», «В НОРМЕ».
Числовые значения величин в тексте следует указывать со степенью точности, необходимой для обеспечения требуемых свойств
изделия, при этом в ряду величин осуществляется выравнивание
числа знаков после запятой. Округление числовых значений величин в тексте до определенного десятичного знака для различных
типоразмеров, марок и т. п. изделий (элементов) одного наименования должно быть одинаковым. Например, если указывается толщина металлической ленты 0,25 мм, то все последующие указания
других толщин данного типа ленты даются с таким же количеством
десятичных знаков, например, 0,50; 1,00; 1,75.
В формулах в качестве символов следует применять обозначения, установленные соответствующими государственными стандартами. Пояснения символов и числовых коэффициентов, входящих в формулу, если они не пояснены ранее в тексте, должны быть
приведены непосредственно под формулой. Первая строка пояснения должна начинаться со слова «где» без двоеточия после него.
Пример – Плотность каждого образца ρ , кг/м3, вычисляют по
формуле
ρ=
m
,
V (3.2)
где m – масса образца, кг; V – объем образца, м3.
Формулы, следующие одна за другой и не разделенные текстом,
разделяют запятой. Если на приведенные формулы в последующем
тексте предполагается ссылка, то выполняют нумерацию формул.
Нумерация формул, на которые нет ссылок в тексте, не нужна. Порядковые номера формул обозначают арабскими цифрами в кру154
глых скобках у правого края страницы на продолжении строки
формулы (см. пример). В скобках вначале указывают номер раздела, затем ставят точку и приводят номер формулы в данном разделе.
В тексте пояснительной записки на все приложения должны
быть даны ссылки. Приложения располагают в порядке ссылок на
них в тексте. Каждое приложение следует начинать с новой страницы с указанием наверху посередине страницы слова «Приложение»
и его обозначение. Обозначение приложений выполняют заглавными буквами русского алфавита, начиная с А (за исключением букв
Л, З, И, О, Ч, Ъ, Ы, Ь).
Оформление иллюстраций
Количество иллюстраций должно быть достаточным для пояснения излагаемого текста. Иллюстрациюрасполагают возможно ближе к сделанной на нее ссылке.
Нумерацию иллюстраций рекомендуется выполнять в пределах
раздела пояснительной записки. В этом случае номер иллюстрации
состоит из номера раздела и порядкового номера иллюстрации, разделенных точкой. Следом за номером располагают подрисуночную
подпись (наименование иллюстрации) без точки в конце.
Пример
Рисунок 1.3 – Схема функциональная устройства контроля
При ссылках на иллюстрации следует писать «...в соответствии
с рисунком 1.3» (не применяя сокращение «рис.»).
Подрисуночная подпись может, при необходимости, быть дополнена подрисуночным текстом, поясняющим составные части иллюстрации. В этом случае на иллюстрации должны быть указаны
номера позиций этих составных частей, располагаемые в возрастающем порядке.
Оформление подрисуночного текста можно выполнять по различным вариантам.
Пример 1
Рисунок 2.7 – Управляемая авиационная ракета:
а – внешний вид; б – конструктивно-компоновочная схема:
1 – носовой отсек; 2 – боевая часть; 3 – зона подвески; 4 – отсек
управления; 5 – автопилот; 6 – вычислитель; 7 – приводы рулей;
8 – хвостовое оперение
Пример 2
Рисунок 3.12 – Графики радиационной стойкости материалов и
изделий электронной техники при воздействии нейтронов (а) и суммарной дозы ионизирующего излучения (б)
155
Иллюстрации, как правило, выполняют на листах формата А4
с книжным или альбомным расположением. Допускается оформлять иллюстрации на листах формата А3 с вынесением их в приложения.
Построение таблиц
Таблицы применяют для лучшей наглядности и удобства сравнения данных. Название таблицы должно отражать ее содержание,
быть точным, кратким. Название следует помещать над таблицей
справа от номера таблицы.
При переносе части таблицы на другую страницу название помещают только над первой частью таблицы. Над продолжениями таблицы (также слева) выполняют надписи «Продолжение таблицы»
или «Окончание таблицы» с указанием номера.
Таблицы, за исключением таблиц приложений, следует нумеровать арабскими цифрами в пределах раздела пояснительной записки. В этом случае номер таблицы состоит из номера раздела и
порядкового номера таблицы, разделенных точкой. Например – Таблица 1.3.
На все таблицы пояснительной записки должны быть приведены
ссылки в тексте. При ссылке следует писать слово «таблица» с указанием ее номера.
Таблицу, в зависимости от ее размера, помещают под текстом,
в котором впервые дана ссылка на нее, или на следующей странице.
Допускается альбомное расположение таблицы.
Заголовки граф и строк таблицы следует писать с заглавной буквы, а подзаголовки граф – со строчной буквы, если они составляют
одно предложение с заголовком, или с заглавной буквы, если они
имеют самостоятельное значение. В конце заголовков и подзаголовков таблиц точки не ставят. Заголовки и подзаголовки граф указывают в единственном числе.
Крупные таблицы допускается выполнять 10 размером шрифта.
Таблицы слева, справа и снизу, как правило, ограничивают линиями. Горизонтальные и вертикальные линии, разграничивающие строки таблицы, допускается не проводить, если их отсутствие
не затрудняет пользование таблицей.
Головка таблицы должна быть отделена линией от остальной части таблицы.
156
Заголовки граф, как правило, записывают параллельно строкам
таблицы. При необходимости допускается перпендикулярное расположение заголовков таблиц.
Для сокращения текста заголовков и подзаголовков граф отдельные понятия заменяют буквенными обозначениями, установленными соответствующими стандартами или другими обозначениями,
если они пояснены в тексте, например D – диаметр, Н – высота, L –
длина.
Обозначение единицы физической величины, обшей для всех
данных в строке, следует указывать после ее наименования, отделив запятой в соответствии с примером таблицы, приведенном
ниже.
Пример
Таблица 3.12 – Характеристики электродвигателя
Значение параметра
Наименование характеристики
1 Ток коллектора, А
в холостом
режиме
5, не менее
в режиме
нагрузки
7, не более
2 Напряжение на коллекторе, В
-
-
3 Сопротивление нагрузки коллектора, Ом
-
-
157
Приложение Г
Пример составления спецификации сборки изделия
Спецификация разрабатывается для модуля «Инвертор». Имеется сборочный чертеж модуля и перечень элементов принципиальной
схемы. На основе чертежа составляется спецификация, с помощью
которой образуется сборочный комплект. Этот комплект необходимо
в дальнейшем преобразовать в схему последовательных соединений.
В составе конструкции могут быть подсборки на основе типовых объединений деталей, ЭРИ с материалами, крепежом и т. п. В данном
случае в качестве объекта сборки рассматривается один модуль, выполненный на ПП. Следовательно, ПП можно взять в качестве базовой детали, так как все компоненты устанавливаются на нее.
В спецификацию модуля, кроме ПП, входят компоненты, указанные в таблице.
Перечень элементов сборки
Элементы
ЧИП – резисторы
Конденсаторы неполярные
1206
Конденсаторы неполярные
1210
Конденсаторы электролитические
Конденсаторы электролитические
Светодиод
Дроссель
Кварцевый резонатор
Микроконтроллер
AT90S4433-BP1
Микросхема MAX202CPE
Микросхема MAX4541CPA
Микросхема КР1446УД1А
Микросхема REF02BP
Микросхема КР1157ЕН1
Разъем PLD-2
Разъем DBR-9F
158
Габаритные
размеры, мм
КоЗанимаеМасЗанимаеличе- мая плоса,
мый объство, щадь одног
ём, мм3
2
шт
го, мм
1×0,5×0,5
0,5
11
0,5
0,25
3,2×1,6×1,5
0,5
2
5,12
7,7
3,2×2,5×1,65 0,6
8
8
13,2
3,5×2,8×1,9
1,0
2
9,8
18,6
6,0×3,2×2,6
2,0
1
19,2
49,9
5×6
4,2×3,2×3,2
11,4×4,5×5
0,5
1,0
2,0
2
1
1
19,6
14,4
55.4
117,7
46,1
277,0
37×6,5×5
15,0
1
240,5
1202,5
7,9×6,3×2
3×3×1,5
5×4×1,75
5×4×1,75
4×4×5
5×3×8
30×18,2×12,6
5,0
1,5
5,0
5,0
4,0
1,0
15,0
1
1
1
1
1
5
1
49,7
9
20,0
20,0
16
15
546
99,5
13,5
35,0
35,0
80
120
6879,6
Приложение Д
Пример 2 составления спецификации сборки изделия
Спецификация разрабатывается для модуля «Таймер». Имеется сборочный чертеж модуля и принципиальная схема. На основе
чертежа составляется спецификация, с помощью которой образуется сборочный комплект. Этот комплект необходимо преобразовать
в схему последовательных соединений.
Выполняем декомпозицию конструкции, т. е. образование узлов,
с целью обеспечения параллельной сборки, обеспечения взаимозаменяемости, ремонтируемости (ремонтопригодности), формирования рациональных по организации форм сборки или, привязки
узлов к имеющимся технологическим участкам, позициям, оборудованию.
В данном случае не выявлены конструктивные образования,
которые можно рассматривать в качестве отдельных узлов (подсборок), поэтому в качестве объекта сборки рассматривается один модуль, выполненный на ПП. Следовательно, ПП целесообразно взять
в качестве базовой детали, так как все компоненты устанавливаются на эту ПП.
В состав модуля, кроме ПП, входят компоненты, приведенные
в таблице.
Перечень элементов сборки
Элементы
КоЗанимаеМасЗанимаеГабаритные размеличе- мая плоса,
мый объры, мм
ство, щадь одног
ём, мм3
шт
го, мм2
Микроконтроллер
7,0×7,0×1,0
Atmega 8L
ЧИП – резисторы
8,0×5,0×0,5
ЧИП – конденсаторы
2×1,25×1,3
Транзисторы BC847A
1,3×3×1,0
Кнопки KAN0442-0252C
6×4×2,5
Стабилизатор L7805ABV 10,2×15,5×4,5
Дисплей
50,3×19×4
Светодиод АЛ307
Ш6×7
Диодный мост
26,5×26,5×20,3
Буззер ПьезокерамичеШ 30,2×14,7
ский
Разъем WF-2
5,08×5,8×14,5
Разъем WF-6
15×5,8×14,5
Катушка индуктивности
7,3×4,3×7,3
CM322522-100KL
Диод 1.5KE220
7,6×3,6
10
1
49
49
0,5
0,5
0,5
1
1
4
0,5
4
14
9
1
4
1
1
1
1
8
2,5
3,9
196
158,1
955,7
56,5
702,25
4
3,25
3,9
2352
711,45
3822,8
395,5
14255
3
1
1432
21060
2,0
6
2
1
29,5
80
427
427
1,0
2
31,3
229
0,5
1
27,36
27,36
159
160
АО3
БО4
О5
О6
АО7
БО8
Т9
О10
АО11
БО12
О13
АО14
БО15
О16
М
О1
М
O2
А
Б
Дата
сортамент,
Модель
2431
Группа
ГУАП
Масса детали
размер,
АБВГ. ХХХХХХ.001
Обознконстр. Док.
Профессия
-
-
Разряд
Масса заготовки
Тпз
Тшт
Кол.дет. из загот.
1
Всего листов 2 Лист 1
10101-00001
Код технол. призн.
Обознтехнол. док.
3000 шт.
Годовой объем выпуска деталей
марка
Комплектовочная
Стеллаж
рабочий
Скомплектовать ЭРЭ, детали по спецификации, сборочному чертежу и перечню элементов
Проверить наличие отметки о входном контроле на ЭРЭ или в сопроводительной документации
2
Подготовительная
Стол рабочего
рабочий
Установка для закрепления ПП
Установить ПП в зажимы, подготовить элементы к установке на ПП
3
Монтажная
Стол рабочего
рабочий
Нанести клей на контактные площадки, установить элементы на позиции
4
Проверочная
рабочий
Стол рабочего
Проверить правильность установки компонентов, отсутствие растекания клея
1
Номер операции
Наименование операции
Наименование оборудования
Ларин
Фамилия
Подпись
Наименование материала,
ФТС-1-18А
Профиль и размеры заготовки
Проверил
Маршрутная карта
Разработал
Максимов
Пример заполнения маршрутной карты
Приложение Ж
Приложение И
Разработка оснастки для сборочно-монтажных работ
Технологическая оснастка представляет собой дополнительные
или вспомогательные устройства, предназначенные для реализации технологических возможностей оборудования или работающие
автономно на рабочем месте с использованием ручного, пневматического, электромеханического и других приводов. Технологическая
оснастка применяется для выполнения следующих операций:
– подготовки выводов радиоэлементов к монтажу (гибка, обрезка, формовка, лужение);
– подготовки проводов и кабелей к монтажу (снятие изоляции,
зачистка, заделка, маркировка, вязка жгутов, лужение);
– механосборочных (расклепка, развальцовка, запрессовка, расчеканка, свинчивание, стопорение резьбовых соединений);
– установки компонентов на ПП (укладка, закрепление, приклеивание);
– монтажных (пайка, сварка, накрутка, демонтаж элементов);
– регулировочных и контрольных операций (подстройка параметров, визуальный и автоматический контроль) и т.д.
Разработка технологической оснастки имеет целью механизировать или автоматизировать отдельные операции технологического
процесса.
Выбор технологической оснастки проводят в соответствии с ГОСТ
14.305-73 путем сравнения вариантов и определения принадлежности к стандартным системам оснастки. На этом этапе используются
отраслевые стандарты ОСТ 4ГО.054.263 – ОСТ 4Г0.054.268.
Оснастка разрабатывается с учетом затрат на реализацию ТП
в установленный промежуток времени при заданном качестве изделий. Вид оснастки определяется предварительным выбором используемого оборудования.
Пример 1. Разработка трафарета для нанесения припойной пасты на ПП
При выполнении данного курсового проекта в качестве оснастки
был разработан трафарет для нанесения припойной пасты.
Метод трафаретной печати реализуется с помощью металлических или сетчатых трафаретов и металлических шаблонов. Сетчатый трафарет представляет собой жесткую рамку, на которую натянута металлическая или неметаллическая сетка. В отличие от тра161
фаретов, применяемых в технологии гибридных ИМС, трафареты
для ПМ имеют большие размеры, что ужесточает требования к допускам на размеры. Необходимо также нанесение большего объема
припоя на контактные площадки и так как частицы порошка припоя имеют относительно большие размеры, то это требует применение сеток с более крупными размерами.
При проектировании трафаретов необходимо учитывать минимально допустимый размер окна. Размер окна должен превышать
максимальный диаметр припойных шариков в пасте.
На практике минимальные размеры окон определяются, с помощью специальных тестовых трафаретов.
Стандартная толщина трафарета в технологии поверхностного
монтажа составляет 200 мкм. Учитывая разнообразие паст, в некоторых случаях могут применяться и другие толщины (например,
175, 150 мкм). Для компонентов с малым шагом выводов (Р> 0,4 мм)
используются трафареты толщиной 120 мкм чаще всего ступенчатой формы.
Учитывая технологические особенности трафаретной печати и
свойства паст, размеры окна (ширина и длина) выбираются меньше
размеров контактной площадки. В работе рекомендуются следующие соотношения для расчета размеров окна трафарета
Wр = W – 0.1 мм,
где W – размер контактной площадки (W≥0,4 мм, толщина трафарета 200 мкм).
Для случая W < 0,4 мм (толщина трафарета 120 мкм):
Wр = W – 0.03 мм.
При больших размерах окон трафаретов (более 2 мм) в припойной пасте могут появляться пробелы (пустоты, углубления). Для исключения этого недостатка рекомендуется большие окна разделять
на несколько малых.
При этом следует использовать следующие рекомендации:
– если размер контактной площадки равен 2–3 мм, то число окон
выбирается равным 2, если 3–4 мм, то 3;
– расстояние между внешней кромкой окна и контактной площадкой составляет 0,05 и 0,015 мм;
– толщина стенок между окнами, исходя из условий механической стабильности трафарета, выбирается от 0,2 до 0,3 мм;
– размер окон должен быть кратен 0,1 мм.
162
Пример 2. Выбор метода изготовления трафарета и параметров операции.
На сегодняшний день существуют три основных способа создания трафаретов: химическое травление, лазерное вырезание, аддитивный способ.
Химическое травление трафаретов
Химическое травление по существу является фотохимическим
фрезерованием. На металлическую пластину наносят фоторезист
с обеих сторон, экспонируют и проявляют, затем травят металл
сквозь образовавшиеся окна.
Поскольку при травлении наружные кромки металла подвергаются травлению в большей степени, чем рельеф фоторезист, форма
отверстия при одностороннем травлении приближалась бы в сечении к трапеции. Поэтому используют технику двустороннего травления, при которой погрешность формы кромки окна существенно
уменьшается.
Физическая природа процесса травления такова, что после травления кромка отверстия не получается гладкой. Существует ряд методов достижения требуемого качества кромки окна: метод электрополировки или гальваническое осаждение никеля.
Полировка всей поверхности трафарета может привести к тому,
что шарики припоя в припойной пасте будут «отскакивать» от поверхности трафарета и образовывать пустую прослойку между поверхностью трафарета и кромкой ракеля. Поэтому стремятся полировать только кромки апертур. Нанесение никеля повышает
качество нанесения пасты, однако слой никеля может существенно
изменить размер апертур трафарета, что должно учитываться при
его проектировании.
Аддитивный способ изготовления (метод гальванопластики)
Второй способ изготовления трафаретов заключается в гальваническом осаждении никеля на гибкую подложку – медную фольгу.
На фольгу накатывается фоторезист, экспонируется и проявляется
таким образом, чтобы проявленный рельеф повторял рисунок будущего трафарета (в месте расположения апертур трафарета фоторезист остается, в остальных удаляется при проявлении). Толщина используемой фольги 35 мкм. Затем на полученную подложку
осуществляется химико-гальваническое осаждение никеля. После
163
достижения требуемой толщины трафарета процесс осаждения заканчивается и производится смывка фоторезиста.
Ключевым этапом получения готового трафарета является отделение никелевого слоя от медной подложки. Этот процесс осуществляется изгибом меди, при котором никель начинает отслаиваться.
Лазерное фрезерование трафаретов
Поскольку при лазерном изготовлении трафарета нет промежуточного создания фотошаблонов и последующих этапов литографии, точность размеров апертур гораздо выше, чем при химическом
травлении.
Другим преимуществом лазерной резки является то, что стенки
апертур можно сформировать в конической форме. Аналогичную
форму апертур можно получить и химическим односторонним травлением, однако в этом случае угол будет почти неконтролируемым.
Для существенного облегчения нанесения припойной пасты достаточен клин боковых стенок апертур в 2°.
Способ лазерной резки позволяет вырезать апертуры шириной
0,1 мм с точностью 0,01 мм, что делает этот способ перспективным
для формирования апертур для компонентов с малым шагом.
Недостатком лазерного изготовления трафаретов является неровность кромок апертур трафарета. Это явление возникает из-за
испарения металла и окаливания металла в процессе резки. Это
может вызвать закупоривание отверстий трафарета припойной пастой. Сглаживание кромок можно осуществить микротравлением.
Еще одним недостатком такого метода является то, что лазерной
резкой невозможно получить многоуровневые трафареты без предварительного химического травления областей, которые должны
быть тоньше основного материала трафарета.
На основе информации, полученной в результате конвертации
данных из систем проектирования, специальное программное обеспечение рассчитывает координаты движения лазерного луча (а
точнее шарика плазмы, создаваемой лазерным лучом в материале),
с учетом ширины самого луча, позволяющие ему формировать отверстия различной формы и размеров в листе металла.
Выбираем параметры операции изготовления:
– диаметр луча (ширина реза) – 0,04 мм. Размер получаемой прорези – 0,05 мм, т.к. нужен запас для хода луча. Минимальный размер перемычки в материале между апертурами – не менее 0,1мм;
– точность позиционирования – ±0,001мм;
164
– максимальный размер рабочего поля – 500×500 мм (полный
размер трафарета, с учетом полей до 600×600 мм);
– размер отверстия – ±0,005 мм;
– конусообразность отверстий по направлению к основанию –
±0,02мм;
– максимальная толщина обрабатываемого материала – 0,6 мм;
– частота пульсации луча – до 5 кГц (чем выше частота пульсации, тем глаже боковые стенки апертур, что способствует более легкому выскальзыванию паяльной пасты их них).
Трафареты, вырезанные лазером, обладают следующими преимуществами:
– достаточно гладкие стенки и конусообразная форма апертур,
что способствует тому, что паяльная паста легко выскальзывает из
апертур трафарета при его снятии (подъеме) после выполнения печати;
– высокая геометрическая точность апертур (±0,005мм), позволяющая наносить на контактные площадки платы точно дозированное и повторяемое с каждым разом количество паяльной пасты;
– высокая точность воспроизведения профилей контактных площадок на трафарете, что позволяет легко и надежно совмещать трафарет с печатной платой;
– изготовление трафарета производится непосредственно с данных, полученных с компьютера, что сводит к нулю ошибки вывода
фотошаблонов, качества их изготовления, а также качества подготовки поверхности и нанесения фоторезиста на фольгу, как это бывает при изготовлении трафарета методом химического травления;
– нержавеющая сталь, которая служит материалом для таких
трафаретов, имеет малую степень растяжения. Поэтому, трафарет
не меняет своей формы и рисунок апертур не перекашивается даже
после 10 000 циклов печати, что делает трафарет из нержавеющей
стали практически вечным в использовании.
Поскольку каждая апертура трафарета вырезается отдельно, стоимость изготовления трафарета таким способом зависит от
сложности топологии печатной платы и обычно значительно выше,
чем при травлении.
Процесс гальванического осаждения, как и метод лазерного вырезания, исключает подтравливание стенок апертур, что исключает забивку пасты под его поверхность. Следовательно, уменьшается
вероятность образования замыканий на печатных платах. Однако,
такая абсолютно вертикальная форма кромокапертур приводит
165
к проблемам при снятии трафарета с платы, на которую нанесена
припойная паста.
Конфигурация апертур трафарета
Основным аспектом изготовления трафарета является соотношение ширины
минимального окна и толщины трафарета в этом месте, так чтобы выдержать рекомендуемое значение 1...1,5 (рис. ПИ 1).
Этот параметр выдерживается для
T
W
предотвращения закупорки трафарета.
Также рекомендуется выдерживать опреРис. ПИ 1. Соотношение
деленное значение отношения площади
сторон апертуры
окна трафарета к площади контактной
площадки. Данный параметр рассчитывается по формуле:
L×W
P=
.
2× (L + W )×T
L
В случаях, когда параметр Р находится в пределах 0,75...0,66, рекомендуется лазерная резка желательно с электрополировкой или
нанесением слоя никеля. В диапазоне от 0,66 до 0,50 рекомендуется
гальванопластическое изготовление трафарета. Такие компоненты,
как QFP с шагом 0,4 мм и BGA с шагом 0,5 мм, а также Chip корпуса
типоразмеров 0201 попадают в указанные выше диапазоны.
Сопоставление характеристик методов изготовления трафаретов
показано в таблице.
Особенность
Химическое
травление
Лазерная
резка
Гальванопластика
Точность размеров
Гладкость стенок апертур
Контроль формы стенок апертур
Производительность
Прочность трафарета
Применимость для ultra fine pitch
Стоимость
3
4
3
5
5
3
низкая
4
3
4
4
5
4
средняя
5
5
5
4
4
5
высокая
Пример 3. Проектирование рамки для фиксации ПП на каретке установки пайки.
В данном курсовом проекте в качестве оснастки разрабатывается
устройство фиксации ПП малых размеров в каретке при пайке вол166
ной припоя на установке MasterWave. Стандартная каретка предназначена для плат с размерами 304×406 мм. При пайке ПП меньших
размеров появляется необходимость использования дополнительных устройств для фиксации платы в каретке. Кроме того, при использовании специальных устройств для фиксации ПП малых размеров можно будет использовать групповой метод пайки, т. е. в каретке будут закреплены несколько ПП одновременно. Это позволит
снизить Топ на операцию пайки волной припоя, и в конечном итоге
уменьшит общее энергопотребление установки. При разработке оснастки для пайки использованы следующие рекомендации:
1) Материал фиксаторов должен иметь температуру плавления
значительно превышающую температуру припоя в ванне установки
пайки волной припоя.
2) Материал фиксаторов должен достаточно жестким и твердым.
3) Материал фиксаторов должен иметь слабую адгезию с припоем.
4) Материал фиксаторов должен быть достаточно легким.
Всем этим требованиям удовлетворяет металл титан ГОСТ
26492–85. Плотность титана составляет примерно 4,5 г/см3, он примерно в три раза легче стали и в несколько раз прочнее ее. Рамка
и ползунки устройства фиксации ПП изготавливаются из дюралюминия ГОСТ 13617–68. Дюралюминий—сплав алюминия с медью
(до 5,2%) и легирующими добавками марганца, магния, железа и
кремния; плотностью 2,8.
Выполним расчет приспособления для
А1
А2
∆
А3
плотной установки ПП с учетом допуска
на изготовление их контуров. Расчет проА4
водится по методике расчета размерных
цепей (рис. ПИ 2).
Здесь А1, А2, А3, А4 – составляющие
звенья размерной цепи, Δ – замыкающее Рис. ПИ2. Пример размерной
цепи
звено размерной цепи.
Размеры составляющих звеньев и замыкающего звена размерной цепи с учетом точности можно представить в виде
ÂÎ
ÀÍÎ
,
где А – номинальный размер, ВО – верхнее отклонение от номинального размера, НО – нижнее отклонение от номинального размера.
167
Значения верхнего и нижнего отклонения определяют из справочника в соответствии с квалитетом точности изготовления деталей (или назначают, исходя из производственной необходимости).
Все размеры, входящие в размерную цепь делятся на «увеличивающие» и «уменьшающие».
«Увеличивающие» – размеры, при увеличении которых замыкающее звено увеличивается (в примере – А4).
«Уменьшающие» – размеры, при увеличении которых замыкающее звено уменьшается (в примере – А1, А2, А).
Расчет геометрической точности заключается в определении:
– номинального значения замыкающего звена с возможными отклонениями – прямая задача.
– допусков на составляющие звенья размерной цепи по заданному значению замыкающего звена и допустимому отклонению на
него – обратная задача.
Решение прямой или обратной задачи согласовывается с руководителем (консультантом). Поскольку обратная задача многовариантна, со многими неизвестными, то чаще решается прямая задача.
Прямая задача может решаться двумя методами: расчетом на
«максимум – минимум» и вероятностным расчетом (так как размеры деталей в партии – случайные величины в пределах допуска).
Расчет на «максимум – минимум» проводится для малозвенных
цепей с повышенной точностью (это соответствует требованиям
приборостроения) по следующей методике:
=
1. Δ í
k
∑ Aióâ.í −
i= 1
n
∑
i= k +1
Aióì.í ,
k
где Δн – номинальное значение замыкающего звена;
номинальных значений увеличивающих звеньев;
∑ Aióâ.í – сумма
i =1
n
∑
i= k +1
Aióì.í – сум-
ма номинальных значений уменьшающих звеньев; n – количество
звеньев размерной цепи (без замыкающего звена); k – количество
увеличивающих звеньев.
2. Δ=
max
k
∑ Aióâ.ÂÎ −
i= 1
n
∑
i= k +1
Aióì.ÍÎ ,
где: Δ max – максимальное значение замыкающего звена;
k
∑ Aióâ.ÂÎ
i =1
– сумма значений увеличивающих звеньев, взятых с верхними от168
n
∑
клонениями;
i= k +1
Aióì.ÍÎ – сумма значений уменьшающих звеньев,
взятых с нижними отклонениями;
Δ min
3. =
k
n
i= 1
i= k +1
∑ Aióâ.ÍÎ − ∑
Aióì.ÂÎ ,
k
где Δ min– минимальное значение замыкающего звена;
∑ Aióâ.ÍÎ
–
сумма значений увеличивающих звеньев, взятых с нижними отn
клонениями;
∑
i= k +1
i =1
Aióì.ÂÎ – сумма значений уменьшающих зве-
ньев, взятых с верхним отклонением.
Далее определяют:
4. 2δ = Δ max– Δ min – поле допуска замыкающего звена.
5. ВОΔ = Δ max – Δ н – верхнее отклонение замыкающего звена.
6. НОΔ = Δ min–Δ н – нижнее отклонение замыкающего звена.
7. Δ = Δ н ± δ – величина замыкающего звена, если допуск симметричный.
8. Δ = Δ Í
+ BO
− HO
– величина замыкающего звена, если допуск не-
симметричный.
Если замыкающее звено не соответствует требованиям сборки,
необходимо установить новые допуски на размеры звеньев, составляющих размерную цепь.
Пример. Проверить возможность установки ПП в рамку фиксатора (рис. ПИ3 и ПИ4).
+0,1
31 −0,12
корпус
30 ± 0,1
плата
Рис. ПИ3. Эскиз собираемого узла
А1
А2
∆
Рис. ПИ4. Размерная цепь
169
+0,1
На рис. ПГ4 обозначено: А1 = À−0,12 увеличивающее звено; А2 =
31±0,1 – уменьшающее звено; Δ – замыкающее звено.
Расчет.
1. Δ н = 31 – 30 = 1 мм
2. Δmax= 31,1 – 29,9 = 1,2 мм
3. Δmin = 30,88 – 30,1 = 0,78 мм
4. ВО = 1,2 –1 = 0,2 мм
5. НО = 0,78 – 1 = – 0,22 мм
+0,2
6. Δ= 1−0,22
Так как Δ всегда больше нуля (Δ > 0 ), то сборка платы и корпуса
возможна при любом сочетании размеров в пределах допуска.
Чертеж устройства фиксации ПП для каретки представлен
в приложении.
Пример 4. Выбор питателей для подачи компонентов в установке монтажа.
Для оснащения автоматов монтажа THT-компонентов используются загрузочные устройства (питатели) следующих основных типов (рис. ПИ 5):
– ленточные для ЭК с радиальными и осевыми выводами – предназначены для пошаговой подачи ЭРЭ, вклеенных в ленту; лента может быть намотана на бобину (TapeandReel) или упакована
в «магазин»-коробку (AmmoPack);
Рис. ПИ 5. Примеры питателей для THT-компонентов:
а) с осевыми выводами; б) с радиальными выводами; в) из трубчатых
кассет; г) вибробункерный; д) из матричных поддонов
170
– из трубчатых кассет для ИС в DIP-корпусе, компонентов сложной формы – снаклонным транспортным лотком и горизонтальные
(для ЭК, которые не скользят свободно по наклонному лотку вследствие своих конструктивных особенностей – массы, формы корпуса
либо выступающих острых выводов);
– вибробункерные для подачи различных ЭК из россыпи с возможностью их одновременной ориентации перед захватом;
– матричные (сотовые) для ЭК сложной формы – из матричных
поддонов, магазинов.
На основе спецификации корпусов компонентов, предназначенных для установки на ПП, необходимо выбрать типы питателей и
их характеристики.
Пример 5. Выбор типа конвейера и расчет рабочих параметров.
Основным оборудованием автоматизированных транспортных
систем сборочных цехов и участков, в том числе поточных линий,
являются конвейеры. Выбор типа конвейера зависит от массы и габаритных размеров собираемых деталей, возможности выполнения
работ со съемом изделий или без него, наличия параллельных рабочих мест и других факторов.
По конструкции конвейеры для поточных линий делятся на ленточные, пластинчатые, тележечные, роликовые, элеваторы. Так
как масса изделия меньше 2 кг, а его габаритные размеры до 80X80
мм, ритм конвейера – менее 5 мин, с наличием рабочих мест дублеров, то правильным будет выбор распределительного пластинчатого вертикально-замкнутого конвейера
Пластинчатые конвейеры применяются в основном для сборки
изделий до 40 кг и длиной до 500 мм, а также в том случае, когда
предъявляются повышенные требования к точности качеству сборки или механизации съема изделий.
В качестве несущего органа конвейера применяются стальная
пластина, которая одновременно выполняет функцию цепи. Пластинчатые конвейеры могут быть распределительными и рабочими,
а по расположению в пространстве – только вертикально замкнутыми и в большинстве случаев периодического действия.
Пример расчета однопредметной непрерывно-поточной линии,
выполненной на основе конвейера.
Количество рабочих мест, выполняющих параллельно одну и ту
же операцию CPi:
t
CPi = îi ,
r
171
Таблица ПИ1
Расчет количества рабочих мест
№ операции
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Последовательность операций
Tоп
СPi
Расконсервация и контроль ПП
0,637 1,93
Распаковка и проверка ИЭТ
0,198
0,6
Подготовка выводов ИЭТ
0,1
0,3
Комплектование элементов
0,5
1,51
Нанесение паяльной пасты
0,6
1,8
Установка поверхностно монтируемых
0,0725 0,2
компонентов
Пайка оплавлением припоя
0,7
2,3
Контроль пайки
0,207 0,62
Установка ИЭТ
0,714 2,16
Пайка волной припоя
0,78
2,36
Контроль пайки
0,207 0,62
Отмывка плат после пайки
0,41
1,24
Маркирование
0,4
1,2
Выходной контроль печатного узла
0,5
1,5
Лакирование
0,5
1,5
nСPi
2
1
1
2
2
1
3
1
3
3
1
2
2
2
2
где tоi – норма времени i-й операции; r – ритм выпуска изделий (r =
0,33).
Результаты расчета количества рабочих мест представлены
в табл. ПИ1.
Коэффициент загрузки рабочего места ηi определяется как отношение расчетного числа рабочих мест к принятому (округленному
до целого числа):
C
ηi = Pi ,
Cïði
где Спрi – принятое число рабочих мест.
Коэффициент ηi должен находиться в пределах 0,9 < ηi < 1,2,
иначе необходимо объединять операции.
Для синхронизации объединяем операции 1; 2, 3, 4; 5, 6; 7 и 8; 9;
10, 11, 12; 13; 14; 15.
Результаты расчета количества рабочих мест и коэффициента загрузки рабочих мест представлены в табл. ПИ2.
172
Таблица ПИ2
Расчет количества рабочих мест на поточной линии
№
операции
№ рабочего места
Tоп
СPi
Спрi
Место расположения
ηi
1
2, 3, 4
5, 6
7, 8
9
10, 11,
12
13
14, 15
1
2
3
4
5
0,637
0,798
0,67
0,907
0,714
1,93
2,4
2
2,92
2,16
2
2
2
3
2
Вне поточной линии
Вне поточной линии
Поточная линия
Поточная линия
Поточная линия
0,96
1,2
1
0,97
1,08
6
1,39
4,2
4
Вне поточной линии
1,05
7
8
0,4
1
1,2
3
1
3
Поточная линия
Поточная линия
1,2
1
Общее количество рабочих мест на линии:
n
=
Kp ∑
=
Cïði 19.
i =1
Из общего количества рабочих мест Кр на поточной линии требуется 11 рабочих, остальные заняты либо во вспомогательном производстве, либо вне линии. Таким образом, число рабочих на поточной
линии Кр′ = 11.
Максимальное количество рабочих мест на участке Kобщ:
Kобщ = Кр + Крез + Kкомп + Kконтр ,
где Крез – количество резервных мест; Kкомп – количество рабочих
мест комплектовщиков; Kконтр – количество рабочих мест контролеров.
Принимаем
Крез = 4; Ккомп = 2; Кконтр = 1,
тогда
Kобщ = 19 + 4 + 2 + 1 =26.
Оптимальным выбором при заданных условиях производства
будет являться распределительный пластинчатый вертикальнозамкнутый конвейер с ручным съемом изделий периодического
характера действия, так как такой конвейер обеспечивает высокое
качество сборки изделия.
Размеры пластины. Ширина рассчитывается по формуле:
b = b изд. + (10…50),
173
где bизд – ширина изделия, в мм. b =60 + 50 =110 (мм)
Определяем длину конвейера по формуле, L = Lp + L1 + L2 , где
L1, L2 – длина проводной и натяжной станций соответственно (выбираем по справочнику L1, L2 = 1,5 м); Lp – рабочая длина несущего
органа конвейера, определяется по формуле (для двухрядного расположения мест):
l
=
Lð (Kmax + 1) ,
2
где l – расстояние между двумя соседними рабочими местами (с
одной стороны конвейера обычно принимается 1,2 – 1,6 м); Кmax –
максимальное количество рабочих мест на линии (18 мест).
1,6
(18 + 1)
15,2 (ìåñò), Lр = 15,2 + 1,5 + 1,5 = 18,2 мест.
Lð =
Nîáîð =
2
Количество предметов в заделе NZ:
NZ =Nтех + Nтран + Nрез + Nобор ,
где Nтех– технологический задел; Nтран – транспортный задел; Nрез–
резервный задел; Nобор – оборотный задел.
Оборотный задел равен размеру сменной потребности линии:
Резервный задел – 3% от сменного выпуска изделий:
Nïë
714000
=
Nðåç =
; Nðåç 0,03
= 42.
s⋅ Ä
2 ⋅ 256
Транспортный задел:
Nтр = KР • Nтр ,
где Nтр – количество изделий, транспортируемое в пачке Nтр =5.
Технологический задел:
Nтех = KР Nтр ; Nтех = 19 • 5 = 95.
Подставляя в формулу 5.8 полученные значения, имеем:
N = 1992 + 20 + 125 + 125 = 2262; N = 2789 + 42 + 95 + 95 = 3021
Скорость ленты конвейера при непрерывном ее движении
V=
d
ì/ìèí,
r
где d – шаг конвейера (расстояние между соседними рабочими местами, на которых выполняются сборочно-монтажные операции),
174
м. В соответствии с нормами на расстояния между рабочими местами с общим рабочим столом d = 1,2…1,6 м [6].
Тогда
=
V
1,6
= 4,8 ì/ìèí.
0,33
Производительность конвейера определяется по формуле:
Q=V
m
,
d
где m – масса изделия; m = 0,1 кг;
0,1
Q = 4,8 ⋅
= 0,3.
1,6
Выполненный расчет показателей характеризует эффективное
использование конвейерной системы.
175
176
ОО1
ТО2
ОО3
ТО4
ОО5
ТО6
ОО7
ТО8
О10
Т11
О12
Т13
О14
Т15
О16
О17
О18
О19
Максимов
Ларин
Фамилия
Подпись
Дата
ГУАП
3956кс
Группа
То
Масса
заготовки
Тв
Тпз
Тшт
Профиль,
размеры заготовки
Оборудование
Масса
детали
Приспособление
1
Кол. одн. изг. дет.
Tв
N0
Охлаждаемая жидкость
ПИ
Y
B
L
t
i
S
n
V
А Установочная. Установить элемент №2 симметрично контактным площадкам согласно монтажной схеме
Захватывающее устройство
Установить элемент №3 симметрично контактным площадкам согласно монтажной схеме
Захватывающее устройство
Установить элемент №4 симметрично контактным площадкам согласно монтажной схеме
Захватывающее устройство
Установить элемент №5 симметрично контактным площадкам согласно монтажной схеме
Захватывающее устройство
Проверить правильность установки элементов, соответствие выводов контактным площадкам согласно монтажной схеме
Увеличительная лупа
Разработал
Проверил
=))))))
Всего
Лист 1
листов 1
АБВГ. ХХХХХХ.001
10101-00001
Обозн констр. Док.
Код технол. призн.
Обозн технол. док.
3000 шт.
Наимен. детали
Годовой объем выпуска деталей
Номер и наименование операции
Материал
Операционная карта
ПриложениеК
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень принятых сокращений и терминов.................................. 3
Предисловие.............................................................................. 4
Введение.................................................................................... 8
1. Методические указания к решению задач
технологического проектирования изделия.................................... 1.1. Разработка технического задания
на проектирование технологической системы сборки............
1.2. Методика проведения конструктивно-технологического
анализа изделия – объекта сборки......................................
1.3. Составление спецификаций................................................
1.4. Разработка технологической схемы сборки
и маршрутного технологического процесса..........................
1.5. Разработка заготовительных и подготовительных
технологических операций................................................
1.6. Выбор видов соединений в объекте сборки и разработка
сборочно-монтажных операций..........................................
1.7. Разработка заключительных операций................................
1.8. Проектирование операций контроля в сборочно-монтажной
технологической системе...................................................
1.9. Оценка технологичности конструкции.................................
1.10. Разработка структуры технологической системы сборки......
1.11. Разработка функциональных моделей технологических
операций.......................................................................
16
16
17
19
20
34
43
71
85
99
109
117
2. Разработка технических условий
на эксплуатацию изделия............................................................. 123
2.1. Содержание разделов технических условий.......................... 123
2.2. Требования к качеству электрической энергии,
необходимой для функционирования изделия...................... 126
3. Разработка вопросов организации
производства и экономики........................................................... 128
4. Разработка мероприятий охраны труда
и экологической безопасности....................................................... 143
4.1. Требования по технике безопасности
и охране труда в сборочно-монтажном производстве.............. 143
4.2. Обеспечение экологической безопасности............................. 146
Заключение............................................................................... 149
Список литературы..................................................................... 150
177
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
53
Размер файла
3 554 Кб
Теги
03e048c180, larina
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа