Б.2 Пример выполнения анализа ТЗ, приведенного выше

Изучая требования ТЗ можно сделать следующие общие выводы.

1) Изделие является специализированным ЭС с длительным сроком службы и возможностью непрерывной эксплуатации (класс В ГОСТ Р МЭК 611921-210), оно относится к стационарным ЭС, эксплуатируемым в отапливаемых наземных и подземных сооружениях (группа С1 ГОСТ Р МЭК 611921-210).

2) Сроки и стоимость разработки и освоения производства изделия должны быть минимальными, поэтому следует использовать все возможные способы их сокращения. К ним, прежде всего, необходимо отнести заимствование элементов конструкции от прототипа, максимальное использование унифицированных деталей и узлов, типовых процессов изготовления, освоенных на предприятии.

3) Объем выпуска изделия небольшой, поэтому использование полной автоматизации его производства нецелесообразно.

Профессиональный тип изделия с одной стороны дает определенную свободу при выборе материалов и комплектующих, однако, с другой стороны, требование минимизации материальных и временных затрат предопределяет необходимость максимальной унификации конструкции, применяемых материалов и комплектующих с прототипом. Кроме этого, конструкция коммутатора должна быть рассчитана на максимальное использование при его производстве технологических процессов, освоенных при изготовлении прототипа.

Относительно конструкции коммутатора можно сделать следующие выводы.

1) Корпус необходимо выполнить из пластмассы. С целью унификации используемых материалов целесообразно использовать пластик марки АБС 2020 ТУ 6-05-1587-79, который используется во многих других изделиях предприятия. Этот материл по своим механическим, технологическим, стоимостным и эстетическим свойствам вполне удовлетворяет требованиям новой разработки. Для выполнения п. 14 пресс-форма должна обеспечивать получение шероховатой фактуры наружных лицевых поверхностей деталей корпуса.

2) Изучение сборочного чертежа прототипа приводит к выводу, что верхнюю крышку корпуса и крышку заднего люка можно использовать и в модернизированном изделии без каких либо изменений. При этом требование п. 4, 14.2 можно выполнить путем разработки новой декоративной наклейки, которая в основном определяет внешний вид блока со стороны передней панели. Сам корпус блока необходимо разрабатывать заново, т.к. ряд его размеров должны быть изменены, в частности, высоту необходимо уменьшить не менее чем на 22 мм.

3) Высота блока, как следует из сборочного чертежа прототипа, определяется только высотой сетевого трансформатора, сердечник которого имеет броневую конструкцию. В модернизированной электрической принципиальной схеме блока (см. приложение к ТЗ) вместо аналогового источника питания (АИП) используется импульсный преобразователь напряжения. Его номинальная частота переключения составляет 132 кГц, т.е. значительно больше, чем частота напряжения в сети. В связи с этим по своим габаритам импульсный трансформатор будет значительно меньше сетевого трансформатора. Следовательно, задача уменьшения высоты блока при этих условиях является выполнимой.

4) При уменьшении размеров блока неизбежно возникает вопрос обеспечения для него нормального теплового режима. Учитывая более высокий КПД импульсного преобразователя (80% против 45-50% у АИП) можно предположить, что тепловой режим блока даже улучшится, а значит, и повысится его надежность без применения каких-либо дополнительных мер. Тепловой режим КЛС-01М можно будет проанализировать после того, как будет выполнена его компоновка, и будет выбрана система охлаждения. При этом необходимо учитывать, что самым простым, дешевым и надежным способом является естественное воздушное охлаждение, к чему и надо стремиться.

Для коммутатора в ТЗ задан непрерывный режим работы, следовательно, расчет теплового режима изделия необходимо выполнять для стационарных условий, при этом за температуру окружающей среды следует принимать повышенную рабочую температуру (таблица 1 в ТЗ).

5) Согласно п.4 ТЗ при модернизации необходимо повысить морозостойкость конструкции. При разработке электрической принципиальной схемы КЛС-01М это требование учтено путем замены конденсаторов К50-63 на более морозостойкие конденсаторы зарубежного производства. Задача конструирования в связи с этим – учесть изменение установочных размеров этих конденсаторов.

6) Время готовности к работе изделия после включения питания не более 3 с. Наличие этого периода работы обусловлено необходимостью завершения всех переходных процессов в схеме, прогрева ЭРЭ и стабилизации их рабочих режимов. В связи с этим необходимо отметить, что схема КС-01М чисто цифровая, и она не содержит прецизионные элементы, для которых обычно требуется значительно большее время для выхода на заданный режим работы. Поэтому это требование ТЗ выполнимо без принятия дополнительных мер.

7) Выполняя анализ прилагаемой к ТЗ электрической принципиальной схемы можно предположить, что при работе с изделием трудно будет определить включено питание или нет. Для устранения этого недостатка в схему целесообразно добавить световой индикатор включения сети.

8) Для защиты от пыли и влаги необходимо использовать корпус, отвечающий требованиям ГОСТ 14254 для группы IP54. Первая цифра 5 означает степень защиты от пыли и посторонних частиц, которую должен обеспечивать корпус, а вторая цифра 4 – защиту от воды и влаги. В обоих случаях, чем больше цифра, тем выше требуемая степень защиты. Чтобы корпус отвечал требованиям группы IP54 достаточно сделать его с глухими стенками, все стыки снабдить резиновыми прокладками, в места вводов электрических кабелей установить уплотнители.

9) Несмотря на применение в корпусе уплотнителей влага все равно будет в каком-то количестве проникать внутрь, поэтому целесообразно использовать покрытие защитным лаком. В результате этого ремонт изделия будет сильно затруднен, поэтому необходимо принять компромиссное решение – покрывать локально только чувствительные к влаге элементы.

10) В подпункте 7.2 указано, что по вибропрочности изделие должно отвечать требованиям группы N1 по ГОСТ 12997-84. Указанной группе соответствует синусоидальная вибрация с частотой от 10 до 55 Гц, амплитудой до 0, 15 мм и ускорением 19, 6 м/с². Из стандарта также следует, что такое воздействие при эксплуатации изделия может возникнуть из-за работающих вблизи машин и механизмов.

По своему уровню указанное воздействие является относительно мягким, поэтому вибропрочность проектируемого изделия можно реализовать простым способом – обеспечить необходимые жесткости печатных плат, деталей корпуса и др. тонкостенных элементов конструкции. Выполнению требований по вибропрочности способствует то, что в результате модернизации уменьшатся размеры и массы многих элементов.

11) Цифровой принцип работы коммутатора должен быть учтен при конструировании печатных узлов, т.к. цифровые микросхемы способны создавать в шинах питания импульсные помехи. В связи с этим необходимо строго соблюдать правила и рекомендации, которые даются в литературе [….].

Самые интенсивные помехи в разрабатываемом блоке будет создавать преобразователь напряжения, т.к. он представляет собой мощное импульсное устройство. Для обеспечения ЭМС в этом случае необходимо максимально удалить этот узел от других элементов блока и, возможно, произвести его экранирование. Применение экранов должно быть обосновано в процессе выполнения работы.

12) Жгуты, используемые в прототипе, заменять более прогрессивными ленточными кабелями нецелесообразно ввиду большой разветвленности соединений в блоке.

Между проводниками в жгутах могут возникнуть помехи, обусловленные электромагнитными связями между ними. Тщательное экранирование каждой пары проводников дорого и не всегда возможно. В связи с этим при разработке внутриблочных соединений КЛС-01М целесообразно использовать метод группирования, который состоит в разделении всех проводников на несколько групп, каждая из которых собирается в отдельный жгут. Для этого все внутриблочные соединения разделяют на несколько классов в зависимости от значения мощности передаваемого по ним сигнала. Целью группирования является предотвращение возможности наличия в одном жгуте проводников чувствительных рецепторов и мощных источников помех.