Introducere in constructia aparatelor electronice

Introducere in constructia aparatelor electronice

Definitii:

Aparatul este un sistem tehnic care serveste la efectuarea unor operatii, la transmiterea sau transformarea energiei dintr-o forma in alta.

Echipamentul este un ansamblu de aparate, dispozitive si mecanisme ale unei instalatii, masini etc. careia ii asigura functionarea.

Instalatia este un ansamblu de constructii, aparate, masini care servesc la indeplinirea unei anumite functiuni sau operatii.

Masina este un sistem tehnic format din organe solide cu miscari determinate, care serveste la transformarea unei forme de energie in alta sau in lucru mecanic sau caldura.

Masina-unealta este masina echipata cu scule pentru aschiere, taiere sau deformari plastice.

Clasificarea aparatelor si echipamentelor electronice, AE si EE, (unele moduri de clasificare)

a)      dupa destinatie

de uz profesional, avand caracteristici tehnice si constructive superioare: aparate electronice de masurare si control de laborator si industriale; aparate electronice si echipamente electronice pentru medicina; echipamente complexe pentru telecomunicatii si radiocomunicatii; instalatii complexe de emisie-receptie prin sateliti, calculatoare profesionale.

de uz general, destinate marelui public: receptoare radio sau de televiziune, video - magnetofoane, magnetofoane, casetofoane, video - casetofoane, player-e de compact discuri, combine (combinatii ale celor dinainte), microcalculatoare, calculatoare de birou sau de buzunar, ceasuri electronice etc.

b)      dupa modul de utilizare

stationare, care depind de locul de amplasare prin functia realizata, sursa de energie;

transportabile

mobile, care sunt amplasate pe automobile, nave fluviale sau maritime, material rulant pe calea ferata, tehnica spatiala;

portabile, care sunt alimentate la baterii si pot fi transportate de fiinte umane sau de animale.

c)      dupa volumul productiei

productie individuala (unicate), care sunt destinate unor operatii speciale si sunt foarte scumpe (pe masura ce se ieftinesc tehnologiile, productia unicatelor depinde numai de destinatia speciala si mai putin de pret);

productie de serie, in care volumul productiei are valori medii (se raporteaza la numarul populatiei tarii sau pietei respective);

productia de masa, cu volum mare (exemplu: ceasuri electronice).

In general, in productia individuala, se fabrica un singur exemplar sau un lot (numar de produse lansate simultan in productie) de cateva exemplare, la intervale mari de timp (la comenzi speciale). In productia de serie se fabrica loturi mari la intervale de timp determinate de necesitati obiective. In productia de masa se fabrica produse in cantitati foarte mari, in mod continuu (intr-o perioada lunga de timp), cu producerea ritmica a produsului finit (produse permanent solicitate).

Etapele realizarii unui aparat electronic (produs nou)

Acestea sunt urmatoarele:

a.    Studiul tehnico-economic, act de conceptie la nivelul caruia se rezolva urmatoarele probleme:

stabilirea unei solutii de principiu pentru functionarea produsului nou (schema bloc functionala);

precizarea unor materiale sau tehnologi necesare fabricatiei produsului nou;

dezvoltarii eventuale ale unor capacitati de productiei;

necesitati interne, posibilitati pentru export;

programarea asimilarii produsului nou, s.a.

b.    Studiul de marketing precizeaza unele conditii specifice sub forma unor parametrii ai produsului nou si care caracterizeaza: gradul de saturatie la pietei, segmentarea pietei, corelarea unor functii ale produsului cu necesitatile utilizatorului etc., sau impune unele criterii de selectie a variantelor specifice dependent de restrictiile impuse in abordarea unei anumite strategii de marketing.

c.    Tema de proiectare, act decizional care concretizeaza, pe baza datelor oferite de studiul tehnico-economic si cel de marketing, varianta care va fi comandata proiectarii. Tema de proiectare precizeaza in principal urmatoarele:

destinatia si conditiile de exploatare ale produsului nou;

caracteristicile de baza ale produsului nou;

cerintele principale constructive si functionale ale produsului nou;

parametrii garantati ai produsului nou;

standardele si normele interne in care se incadreaza produsul nou (daca nu exista, se elaboreaza noi standarde sau norme interne);

indicatori tehnico-economici si exploatare ai produsului nou;

cantitatile de fabricat;

d.    Proiectarea tehnica, (pentru inginerii electronisti este electrica), in care se porneste de la solutia de principiu stabilita prin studiul tehnico-economic, se proiecteaza o schema bloc care se detaliaza succesiv pana la nivelul circuitelor elementare. Aici intervin cateva aspecte si anume: unele blocuri functionale se pot realiza cu circuite integrate specializate, la care, practic se preia din cataloage scheme de aplicatie necesara; exista firme specializate care produc si furnizeaza blocuri ca subansambluri tipizate cu marimi de intrare si respectiv, iesire unificate; firma producatoare a produsului nou trebuie sa utilizeze, pe cat posibil, subansambluri anterior proiectate si aflate in fabricatia proprie (motive economice). In cazul in care produsul nou presupune activitate de proiectare electrica, intervin inginerii electronisti specializati in proiectarea circuitelor.

Proiectarea electrica impune cunoasterea proprietatilor de circuit ale componentelor si dispozitivelor electronice disponibile si modelarea lor prin circuite simple constituite din elemente ideale si abstractizate precum si comportarea circuitelor formate din interconexiunea acestor componente si dispozitive, pe baza descrierii matematice a interconexiunilor de modele de componente (schema electrica echivalenta, analiza asistata de calculator, simulare asistata de calculator etc.).

Rezultatul proiectarii electrice il constituie schema electrica de principiu, cu precizarea parametrilor (caracteristicilor) elementelor componente cum sunt: coduri ale dispozitivelor (componente active), valori ale marimilor fizice caracteristice componentelor pasive (R, L, C, transformatoare), tolerante admise ale acestor valori etc. in vederea optimizarii schemei electrice se realizeaza studii de laborator pentru unele circuite sau blocuri functionale, modele experimentale pe care se fac masuratori interne sau numai simulari software (prin resurse software) cu ajutorul calculatorului.

e.    Proiectarea constructiv-tehnologica moderna a blocurilor functionale (subansambluri functionale)si a aparatelor in intregul lor presupune mai intai un studiu de design. Studiul de design sintetizeaza si valorifica informatiile provenite din studiile de psihologie, sociologie, marketing, tehnologie, analize economice, avand ca obiective urmatoarele caracteristici ale produsului nou:

acoperirea unei game largi de preferinte;

consum minim de materiale si energie;

calitati functionale si estetice;

preturi de cost reduse (prin automatizare, robotizare si aplicarea sistemelor de control vizual automat);

fiabilitate ridicata si mentenabilitate de durata;

calitati ergonomice;

tipizarea blocurilor functionale, sistematizarea componentelor electrice si a dispozitivelor electronice (utilizarea circuitelor specializate obtinute prin tehnologii de integrare monolitice sau hibride), micsorarea tipodimensiunilor, utilizare intensiva a produselor interne.

Studiul de design determina solutia generala cu privire la forma, dimensiunile principale, politica de tipizare a blocurilor functionale, prescriptiile ergonomice si estetica produsului.

In continuare se elaboreaza si omologheaza un prototip al produsului nou, aceasta etapa avand ca scop valorificarea performantelor referitoare la functionalitatea acestuia in limitele de performanta stabiliti prin tema de proiectare.

La constructia prototipului se solutioneaza urmatoarele probleme tehnice:

limitarea la nivele permise a zgomotelor din aparatul proiectat;

asigurarea unui regim termic usor, supraincazirea ducand la deriva parametrilor functionali si al scaderea fiabilitatii;

protectia la actiunea agentilor externi, corespunzatori conditiilor de exploatare, cum ar fi:

umezeala intensifica corodarea metalelor, inrautateste izolatia in dielectrice;

particulele solide, gazele din atmosfera industriala, induc fenomene de coroziune (medii chimice);

temperaturile scazute sau ridicate si variatiile mari de temperatura;

factorii mecanici: vibratii, socuri, acceleratii;

factorii biologici: mucegaiuri, ciuperci, alge etc.;

factorii zoologici: rozatoare, termite, animale marine;

factori specifici: medii cu radiatii ionizante, presiuni ridicate (mediu submarin, subteran), presiuni scazute (aviatie), mediul cosmic;

asigurarea mentenabilitatii prin intretinere si depanare usoara, pentru acesta fiind necesare urmatoarele masuri:

punctele de masurare si prereglare sa fie usor accesibile pentru a facilita operatiile de verificare si calibrare;

pentru determinarea elementelor defecte se vor elabora, de catre proiectant, algoritmi simpli;

toate partile componente ale aparatului electric si echipamentului electric sa fie usor accesibile;

reducerea diversitatii elementelor componente (pe cat posibil);

asigurarea unei fiabilitati ridicate (in special prin 2 si 3);

respectarea unor criterii ergonomice cu privire la urmatoarele:

operatiile tehnologice: activitatile executantilor cu minim de efort;

operatiile de demontare si intretinere: principiul accesibilitatii;

operatiile de exploatare: aspect ingrijit, cu un colorit odihnitor al aparatului electric si echipamentului electric, cu evitarea reflexiilor de lumina pe panourile de comanda si semnalizare, diferentierea de pozitie, culoare si forma a diferitelor butoane de comanda pentru evitarea accidentelor si greselilor; pentru panouri mari si camere de comanda, realizarea de scheme mnemonice, mioptice, etc., de preferinta in culori, care sa permita fiziologic urmarirea procesului controlat; utilizarea display-ului color, obligatorii in caz de avarie, incendii, si alte situatii speciale, sunt sursele de semnale luminoase, colorate pulsatorii si semnale acustice de avertizare.

asigurarea unor dimensiuni de gabarit, masa si consumuri energetice cat mai mici - problema de competitivitate.

La elaborarea proiectului se tine cont de concluziile studiului de design si de posibilitatile de reproductibilitate in vederea productiei, urmarindu-se astfel intrunirea de detalii constructive a constructiei definitive, a tehnologiei si a sculelor.

Din motive economice, constructia prototipului se executa numai cu scule existente sau dispozitive simple, in sectii speciale, de prototipuri, utilizand multa manopera de prelucrare, ajustaj, montaj si reglaj, pe baza unei documentatii constructive provizorii si, pe cat posibil, folosind materialele si metodele de executie cat mai apropiate de cele ce vor fi folosite in productie.

Verificarea performantelor obtinute pe prototip se face prin incercari si masuratori de laborator, de catre proiectant si de catre un organ neutru pentru a depista greselile sistematice si subiective. Pe baza rezultatelor incercarilor si masuratorilor se face omologarea prototipului, in cazul incadrarii in limitele de performantelor stabilite si se emit recomandari pentru fazele urmatoare.

f.      Proiectul de executie si firele tehnologice

Pe baza rezultatelor obtinute la elaborarea, incercarea si masurarea prototipului, precum si a recomandarilor organului de omologare a prototipului, se trece la realizarea constructiei definitive, la care participa constructorii si tehnologii (ingineri si subingineri specializati ). In aceasta etapa se rezolva urmatoarele probleme:

detalierea constructiva prin precizarea tuturor detaliilor constructive (profile, XXXX, conicitati, tratamente, materiale, acoperiri protectoare, amplasarea organelor de fixare, a pieselor de reglare, forma si traseele circuitelor electrice, estetica si altele);

economia de materiale si metodele tehnologice in legatura cu volumul productiei si dotarea tehnica si tehnologica si cu forta de munca;

definitivarea documentatiei constructive prin urmatoarele:

desene de piese elementare;

desene de piese combinate;

nomenclatorul pieselor elementare si combinate;

desen de executie la subansamblurilor functionale;

nomenclatorul general al subansamblurilor;

desene de ansamblu ale aparatului electric sau echipamentului electric;

scheme functionale sau de principiu;

scheme de montaj;

instructiuni de montaj;

instructiuni de fabricatie (pentru operatii complexe);

instructiuni de reglare si control (in anumite situatii 9 se executa impreuna cu 11).

Observatie:

G  Toate acestea constituie proiectul de executie, acesta urmand a fi corectat intr-o faza ulterioara.

stabilirea pe baza desenelor de constructie si a marimii seriei de fabricatie a tehnologiilor de amanunt, care cuprind urmatoarele: metodele de fabricatie, operatiile, masinile unelte, sculele, verificatoarele, atelierele, fluxurile tehnologice, automatizarile, specializarea utilajelor, punctele si utilajul de control, metodica de circulatie si depozitare a pieselor si subansamblurilor intre faze, planurile de debitare a materialelor, pregatirea si transportul lor la locul de munca, consumurile specifice si estimarea timpilor de executie.

Rezultatul acestei faze de asimilare se concretizeaza prin fisele tehnologice, care fac parte din documentatia tehnologica.

g.    Pregatirea fabricatiei

In aceasta etapa, se trec la proiectarea si executia sculelor, verificatoarelor si dispozitivelor (SDV) precum si a utilajelor nestandardizate de fabricatie si control. La elaborarea proiectelor de SDV-uri si utilaje participa unitati specializate de proiectare iar la executia acestora, matriterii si sectii de autoutilare.

Observatie:

G    In economia de piata, lucrurile pot sta putin diferit: o firma produce anumite aparate electrice si are nevoie de SDV-uri    si utilaje de la alte firme. Prin contracte de colaborare se poate crea un consortiu de firme asociate cu participare proportionala la profit.

Problemele specifice sunt urmatoarele:

utilizarea sculelor complexe, pentru mai multe operatii simultan;

utilizarea sculelor multiple, pentru mai multe piese simultan;

alimentarea automata a masinilor, automatizarea operatiilor de pregatire si montaj a pieselor;

verificarea sortarea si reglarea subansamblurilor si montajelor electrice, magnetice, electromagnetice si electronice, prin dispozitive si utilaje tehnologice care sa permita operatii simple si obiective si pe cat posibil, automatizate.

O parte din aceste probleme si anume: 1), 2), 3) si partial 4), se regasesc in tehnologia de montare pe suprafata: Surface Mounted Assembley - SMA, are constituie un exemplu tipic pentru electronica. Cand toate sistemele de verificare si utilajele au fost definitivate, se trece la executia seriei zero (un numar de exemplare de produs, in functie de marimea seriei de fabricatie), prin care se experimenteaza fabricatia in conditii de productie, in sectiile de productie si cu participarea personalului din productie.

Rolul seriei zero consta in definitivarea tehnologiei, instruirea personalului de productie, verificarea reproductibilitatii produsului si altele, in functie de specificul agentului economic si tipul aparatului electric. Din lotul seriei zero se incearca si se masoara in laboratoare de incercari si masurari un esantion format dintr-un numar de exemplare si prelevat conform normativelor in vigoare. Dupa omologarea produsului se emite o noua documentatie tehnica, corectata si completata pe baza observatiilor si recomandarilor organului de omologare a produsului.

h.    Productia

Aceasta inseamna urmatoarele: aprovizionarea cu materii prime si materiale, fabricatia de piese si subansambluri, montajul si reglarea, asamblarea si desfacerea pe piata.

Dupa intrarea in fabricatie, produsul este urmarit sistematic de catre factorii tehnici (proiectant, echipa de intretinere-depanare, beneficiar), care cauta sa identifice toate detaliile care tind sa-l scoata din clasa sa de performanta (cerinte tehnice si de alta natura) si sa intervina cu modificarile necesare pentru productia viitoare si corectia (unde este posibil) produselor deja fabricate. Produsul este supus unor verificari periodice dupa toate conditiile tehnice, luandu-se masuri , la nevoie, pe tot fluxul de fabricatie. Periodic, produsul este reconsiderat si imbunatatit pentru a corespunde unor cerinte din ce in ce mai exigente.

i.      Exploatarea si intretinerea produselor electronice

Exploatarea rationala si intretinerea produselor electronice in perioada de exploatare le asigura mentenabilitate. Problemele tehnice ridicate de exploatare si intretinere sunt urmatoarele: organizarea serviciului de exploatare, constituirea stocului de piese si subansambluri de schimb, evidenta comportarii aparatului electric si echipamentului electric din punct de vedere al fiabilitatii, organizarea inspectiilor si a reinnoirilor, organizarea depanarii si altele.

Datorita complexitatii din ce in ce mai mari a aparatelor electrice si a echipamentelor electrice, activitatea de exploatare si intretinere se asigura prin unitati specializate in SERVICE, organizate de producator, fie ca fac parte din firma producatoare, fie ca sunt firme asociate. Aceste unitati SERVICE au avantajul accesului la orice informatie despre produsele reprezentative, la piese si subansambluri se schimb, la SDV-uri si altele.