Вопрос 1. 3. 5. Моделирование тех. Систем по схеме марковских случайных процессов

Марковские случ. процессы, их дискрет. ветвь-марковские случ. цепи. Примером ТО, укладывающихся в рамки марк. цепи, может служить послед-ть действий по отысканию и устранению повреждений, возник. в процессе изготовления некоторого радиоэлектр. блока. Если вероят-ти переходов неизмены во времени, а число N возмож. состояний фиксировано, то такая марк. цепь наз. стационарной, конечной. Марковские цепи можно охарактер. как класс случ. процессов, дискретных во времени и в пространстве. Переход к непрерывному времени с сохран-ем дискретности в пространстве означ. переход к разрывным марковским процессам. Под непрерывными марк. процессами понимают процессы, непрерыв. во времени и пространстве.

Вопрос 1.3.6. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И МЕТОДЫ ТЕОРИИ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ В ТЕХ. ЗАДАЧАХ

Треб-я к наладке, ремонту, замене возникают в случ. моменты времени, образуя случ. поток заявок. Возникают задачи определения оптим. стр-ры обслуж. системы, числа и разнообразия вход. в нее обслуж. приборов, определения необх. уровня резервир-я, Сама структура основ. ТП при массовом произв. РЭА ставит аналог. задачи. Реш. достиг.методами теор.мас.обслуж-я.

Одно из основных понятий-очередь, подразум. послед-ть объектов, нуждающихся в обслуж-и, например в ремонте. Состояние системы массов. обслуживания характер. след.показателями: длиной очереди; продолж-ю ожидания требования, поступившего в момент; продолж-ю i-го периода занятости системы мас. обслуживания; продолж-ю периода простоя. Поскольку процесс поступления требований и процесс обслуж. явл. случайными, то случ. и перечисл. показатели. Определ-е св-в их распределений явл. предметом анализа систем массового обслуживания.(СМО) СМО принято делить на классы с помощ. след. 4 элементов: вида вход. потока треб-й; распред-я вероятностей продолжит-ти обслуж-я; числа обслуживающих приборов S; V источника N.

В теории МО наиб. распространен пуассон. поток требований Пуассонов. и экспоненц. законы распределения описывают разные стороны одного и того же случ. явления.

В кач.примера - процесс сборки и монтажа ПП. Пусть неск. установок для пайки плат волной обеспеч. пайку элементов на платах, кот. затем подвергаются визуал. контролю, а обнаруж. дефекты устраняются рабочими вручную. Суммарный поток плат случаен и может быть описан пуассоновским законом. Будем считать, что производ-ть труда рабочих одинаковая, а время, потраченное на каждую плату, случайно и распределено по экспоненциальному закону. Тогда описанный процесс является системой массового обслуживания. С помощью теории мас. обслуживания будет определ. необх. число рабочих, устраняющ. дефекты пайки волной.

Вопрос 1.4.1. МЕТОДЫ И КРИТЕРИИ ОПТИМИЗАЦИИ

Многообразие видов ММ ТС и широкая обл. их прим-я отраж. и в различии мет. оптимизации. Методы оптимизации преимущественно испол. на этапе параметрического синтеза.

Ввиду сложности соврем. ТС задача полн. оптимизации разделяется на ряд подзадач оптим-и: это задачи оптим-и эл-тов ТС и задачи оптим-и всей сист. по част. критериям или по некот. результир. критерию. оптимизация мб осущ. аналитическими методам и- метод множителей Лагранжа, метод геометр. программирования. Числен. методы оптимизац. Метод линейного програм-я. Успех применения того или иного метода оптимизации зависит от выбора критерия качества.

Задачи линейного программир-я. В качестве критериев в дан. случае выступают общ. затрат на транспортирование, времен. затраты, затраты на реконструкцию существ.систем и тд. с помощ. этого метода позволяют на самом раннем этапе проект-я просмотреть множ-во различ. вариантов и получить весьма полез. доп. информацию для структ.синтеза.

Проект-е элементов ТС предполагает использ-е преимущ. нелинейных ММ и соответ. методов нелин. програм-я. В качестве обобщ. критерия здесь выступает производит-ть, над-ть при огранич. на затраты энергии, материалов, комплектующих.

Метод геометр. программирования. Уникал. св-вом геом. програм-я явл. то, что оптимал. значение критерия вычисляется до получения координат оптимальной точки, что позволяет построить весьма эконом. вычислит. алгоритмы при сравнении различ. параметров ТС и облегчить структурный синтез. После проект-я элементов ТС осуществл. возврат к оптимизации системы в целом. Наиб. важным становится оптим. распределение ф-й между отдел. эл-тами ТС. Математическая модель системы на этом этапе уже известна в наиболее законч. виде.

Испол-е метода динамич. програм-я возможно если критерий качества является аддитивной. ф-ей управл. перемен, каждая из которых регулирует процесс на опред. этапе. Оптимал. значение управляющей переменной определ. состоянием системы в начале этого этапа и конеч. целью управления и не зависит от эволюции системы на предыд. этапах.

Метод наискорейш. спуска и метод покоордин. спуска. Эффек-ть эти методы имеют в случае имитац. моделир-я ТС, примен. если производные критерия кач-ва по управл. переменным не могут быть выражены из-за сложности ММ в явном виде через управл. переменные. Направление наискор. спуска оценивается по отклику критерия качества на изменения управл. переменных. Метод случ. поиска мб применен для оптимизации систем большой сложности и большой размерности. Для его реализации необх. достаточно производительные генераторы случайных (псевдослуч) чисел.

Методы оптимизации используются тж в зад. оптим. упр-я ТП, в задаче оптим.контроля параметров ТП и качества выпуск. изделий. Задача оптимального управления ТП испол. сложные динам. модели и требует привлечения самых мощных и универс. методов оптимиз, среди которых метод случ. поиска зачастую оказывается единственно реализуемым.

Когда имеется одна достаточно четко выраж. цель, степень которой можно оценить на основе одного критерия, использ. методы матем. программирования. Если эта цель и степень ее достижения описываются с привлечением методов теории вероят.или математ. статистики, то испол. стохастическое програм-е. Если степень достижения цели должна оцениваться на основе неск. критериев, применяют аппарат теории полезности, с помощ. которого проводится упорядочение критериев и определение важности каждого из них.

Вопрос 1.4.2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОПТИМ-И В ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Метод безуслов. поиска экстремума -простейш. метод оптимизации, примен. когда функця кач-ва ТС предс. в виде аналит. выраж-я, диффер-го по совокупности независ. переменных во всем пространстве. Решение системы урав-й позволяет найти совок-ть точек экстрем функции . Природу экстремума в каждой точке можно установить путем исследования знаков послед-ти определителей. Если знаки всех определителей полож, то в данной точке ф. k имеет локальный min. Путем перебора всех экстрем. точек отыскивается глобал. min. Единственным ограничением k является треб-е непрерывности и существования производных до 2 порядка.

Обл. изменения параметров в пространстве образует некоторое множество С св-ва кот. имеют весьма важное значение для однознач. разрешимости зад. оптимизации. В выпуклом множ. отрезок прямой, соедин. две произвол. точки и , также целиком находится в этом множестве. Все пространство также выпуклое множество.

При оптимизации ТС важное значение имеет не только получение оптим. решения, но и оценка чувствит-ти его к измен.ограничений. Это связано с тем, что почти все ТС имеют огранич-я на сырье, комплектующ., параметры ТП, которые не могут варьироваться в бесконеч. пределах. Установление параметров, требуемых для реализации зад. ТП, сопряжено с затратами ресур., запасы кот.ограничены. Чувствит-ть оптимал. решения к изменению ресурсов оценивается с помощью Метода множителей Лагранжа, так как имеет место соотношение для всех активных ограничений.

Вопрос 1.4.3 ЛИНЕЙНОЕ И ДИНАМИЧЕСКОЕ ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПРИ РЕШЕНИИ ТЕХНОЛ. ЗАДАЧ

К линей. программированию приводится задача оптимизации любой слож. ТС, рассч. на выпуск продукции нескол. наименований и побоч. продуктов. Вектор. форма записи задачи лин. программирования формулируется так: найти min функции при ограничениях

где вектор -вектор-столбец коэфф-в в пространстве

Допустимым решением задачи лин. програм. или планом наз. вектор Очевидно , в противном случае задача теряет смысл. План наз опорным, если векторы входящие в разложение, явл. линейно независимыми. Опорный план наз. невырожденным, если он содержит т положит. компонентов, в противном случае опорный план вырожденный. Оптимал. план -такой план, кот. доставляет минимум функции . Динамич. программирование - метод оптимиз. решений, приспособленный для исследования многошаговых, многоэтапных операций. Особ-ти процедуры динам. программирования:

1. Наиболее эффективно могут быть решены те задачи, в которых число разветвлений q на п-м шаге невелико, а вид несложен.

2. Основная трудность решения задачи заключ. не в реализации самого алгоритма, а в сведении задачи оптимизации к задаче динам. програм. Если, например, модель системы не соотв. некоторому многошаговому процессу, то необх. преобразовать ее к такому виду.

Динам. программирование дает определенные преимущества по сравнению с обычным подходом. 1. вместо необходимости решать систему алгебраических уравнений большого порядка, имеется ряд удобных для вычислений рекуррентных соотношений. 2. удается провести анализ задачи до конца, т. е. показать существ-е и единственность решения, что затруднительно сделать с помощью систем уравнений.

Вопрос 1.4.4 ВЫБОР СТРУКТУРЫ ТЕХ. СИСТЕМЫ ПО ЭКОНОМИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Структура ТС определяется треб-ми эффек-ти функционир-я. Все элементы ТС вносят свой вклад в полную себестоим. изделия. С позиций стр-ры ТС себестоим. изделия определ: суммар. стоимостью работ по изготовлению, сборке и контролю сб.единиц различ. уровней (включая сборку изделия) суммар. стоимостью всех запасов по всем номенклатурам на складах всех уровней ; стоимостью хранения запасов, завис. от числа запасенных элем-в по каждой номенклатуре М и от затрат, связанных с их контролем, обслуж-ем, амортизац. складских помещений, обеспечением обслуж. персонала ; стоимост. транспонирования .

Вопрос 1.4.5 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ

Технолог. оптимизация ведется на базе рез-тов параметрич. синтеза устройства и синтеза ТП его изготовления. Объектом. явл. схемотехнич. и топологическое решения устройства, при синтезе которых оптимально удовлетворены треб-я обеспечения заданных эксплуатац. параметров, найдены допустимые отклонения электрич. и конструкц. параметров от их номинал. значений и ТП его изготовления. При тех. оптим. необходимы: 1) оценка вероятности выхода год. изделий, 2) поиск такого сочетания конструкцион. параметров, чтобы вероятность выхода годных была мах. Если решена 1 задача, то для решения 2 можно использ. стандарт. методы оптимизации. Основой алгоритма в этом случае явл. циклич. определение соответствия всех электрич. параметров полям допусков при случайных выборках значений конструкцион. параметров. Массив значений конструкционных параметров формируется как в методе статистич. испытаний с использованием датчика случ. чисел при учете корреляции между парам-ми. Законы распределения конструкционных параметров-гауссовские. При изменяемом ТП min технол. себестоимости годного изделия достигается взаимосвязанным выбором номинал. значений его конструкц. параметров, технологич. точности и стр-ры ТП. Выделим 3 наиболее общих случая:

1.Устойч. и стабильный ТП целенаправленно изменяется по точности без изменения стр-ры за счет изменения точности операций.

2.Технол. процесс целенаправл. изменяется по стр-ре и точности, оставаясь устойч. и стабил..

3.Технол. процесс неустойчив за счет наличия систематич. погреш-й и подлежит периодич. корректировке.

Вопрос 1.4.6 СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ\

Тех. проект-е-проектная деятельность человека, отражающая процесс целенаправ. преобразования вход. информац о зад. конструк. изделия в результир. инф-ю о технологии его изгот-я. Моделир-е проект. деят-ти-построение системы ММ, способной воспроизводить реал. механизмы принятия технологических решений и обеспечивать необходимую степень достоверности в условиях конкретного производства.

Общей и единой целью тех. проект-я является создание ТП, с использованием которого могут быть изготовлены требуемые изделия при min производственных затратах.

В качестве ограничений могут быть заданы требуемый Vвыпуска; мах выпуска отдельных видов продукции при выполнении плановых заданий по всей номенклатуре выпускаемых изделий; мах средней загрузки оборудования; min среднего времени пребывания изделий в производстве и др.

При выборе пути решения задач тех. проект-я - 3 основных подхода, основанных на: 1) установлении отношений между свойствами изделия и производ.й системой; 2) использовании информационно-поисковых систем для отыскания типовых, групповых или ранее разработанных единичных ТП, обеспечивающих наилуч. вариант изготовления изделий; 3) проектировании методом рассуждений.

При 1 подходе САПР ТП имеет нескол. уровней, соответствующих проектированию принципиальной схемы процесса, маршрута, операций и переходов. Для повышения эффективности используется принцип незаконченности: на каждом уровне с помощью эвристических критериев производится отбор нескол. рациональных вариантов решений. Из них и отбирается окончательный вариант решения. При решении сложность вызывает выявление законов взаимодействия между отдельными уровнями и внутри уровней. Вместо них используются таблицы, составленные исходя из опыта. Степень автоматизации процесса становится зависимой от сложности изделия, в общем случае от задания на проект-е. Под проектным решением подразумевается промежуточное или конечное описание объекта проектирования, необходимое и достаточное для рассмотрения и определения дальнейшего направления или окончания проектирования.

Вопрос 2.1.1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХ.ПРОЦЕССОВ СБОРКИ И МОНТАЖА

Сборка-совокупность тех. операций мех. соед-я деталей и ЭРЭ в изделии или его части, выпол. в определ. послед-ти для обеспечения задан. их располож. и взаимодействия. Выбор послед-ти операций сб. процесса зависит от конструкции изделия и организации процесса сборки. Сб. соед-я бывают подвижными - сопряженные детали могут перемещаться в определенных направлениях относительно друг друга, или неподвижными- их взаимное расположение сохраняется неизменным. В свою очередь, они разделяются на разъемные и неразъемные.

Монтаж-ТП электр. соединения ЭРЭ изделия в соответствии с принципиальной, электр. или электромонтаж. схемой. Монтаж производ.с помощью печатных, проводных или тканых плат, одиночных пров-в, жгутов и кабелей. Основу монтажно-сборочных работ составляют процессы формирования электрических и механических соединений.

В соотв. с последовательностью тех. операций процесс сборки (монтажа) делится на сборку (монтаж) отдельных сб.единиц и общ. сборку (монтаж) изделия. Стационар. сборка- собираемый объект неподвижен, к нему в определ. промежутки t подаются необходимые сбор. элементы. Подвижная сборка-сб. единица перемещ.по конвейеру вдоль рабочих мест, за каждым из которых закреплена определенная часть работы. Перемещение может быть свободным или принудительным в соответствии с ритмом процесса.

Сборка по принципу концентрации операций-на одном раб. месте производится весь комплекс работ по изгот-ю изделия или его части. При этом повышается точность сборки, упрощается процесс нормирования. Но большая длит-ть цикла сборки, трудоемкость механизации сложных сборочно-монтажных операций.

Дифференцированная сборка-расчленение сборочно-монтаж. работ на ряд последовател. простых операц, что позволяет легче механизировать и автоматизировать работы, использовать рабочих низкой квалиф. Сборка по принципу диффер-и операций эффективна в условиях серийного и массового производства.

К монтажно-сборочным процессам предъявл. требования выс. производительности, точности и над-ти.

Параллельность сборки-это одноврем. выполн. частей или всего тех.процесса, что приводит к сокращ. производств. цикла. 2 вида обеспечения параллельности процессов: 1) изготовление и сборка на поточных линиях одновременно неск. изделий; 2) совмещение на автоматизир. поточ.линиях изготовления деталей с их сборкой.

При организации производ. процесса стремятся обеспечить кратчайш.путь прохождения изд-я по всем фазам и операциям. Непрерывность ТП сборки-сокращение или полн. устранение меж- или внутриоперац. перерывов. Принцип ритмичности предполагает выпуск в равные промежутки t одинаковых или возрастающих кол-в продукции.

Вопрос 2.1.2 ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ И МОНТАЖА

Проект-е ТП сборки и монтажа РЭА начинается с тщател. изучения на всех производ. уровнях исход. данных, к кот. относятся: краткое описание функц. назнач. изделия, тех. условия и требования, комплект конструкт. документации, программа и план. сроки выпуска, руководящий техн., норматив. и справочный материал. К этим данным добавляются условия, в которых предполагается изгот. изделия: новое или действ. предприятие, его местонахожд., имеющ. на нем обору-е и возможности приобретения нового, кооперирование с др.предприятиями, обеспеч. материалами и комплект. изделиями. В рез-те проведенного анализа разрабатывается. план тех. подготовки и запуска изделия.

Разработка тех. маршрута сборки и монтажа РЭА начинается с расчленения изделия или его части на сб.элементы путем построения схем сбороч.состава и технол. схем сборки. Элементами сборочно-монтажного производства явл. детали и сб.единицы различной степени сложности. Построение таких схем позволяет установить послед-ть сборки, взаимную связь между элементами и представить проект ТП. 1.в компакт. виде составляется схема сб.состава всего изделия, 2. ее дополняют развернутыми сх. отдел. сб.единиц. Схема сб. состава служит основой для разработки тех. схемы сборки. 2 типа схем сборки: «веерный» и с базовой деталью. За базовую дет принимается шасси, панель, плата или др. деталь, с кот. начинается сборка. Состав операций сборки определяют исходя из оптим. дифференциации монтаж-сбор. произв-ва. Требования точности ведут к необх. концентрации процесса на основе програм. механизир. и автоматизир. оборудования, что снижает погреш. сборки при повышении произв-ти процесса.

При непоточном производстве: 1)однородность выпол. работ; 2)получение в рез-те выполнения операции законч. системы поверхностей деталей или законч. сбор. элемента; 3) независимость сборки, хранения и транспортирования от других сб. единиц; 4) возможность использования простого или переналаживаемого тех. оснащения; 5) удобство планировки рабочих мест и участков; 6) обеспечение мин удел. веса вспомог. времени в операции; 7) установившиеся на данном производстве типовые и групповые операции.

В поточ. производстве необходимый уровень диффер-и операций в основ. определяется ритмом сборки.

Оптимальная последовательность тех. операций зависит от их содержания, используемого оборудования и экономической эффективности. В первую очередь выполняются неподвижные соединения, треб. значит. механических усилий. Каждая предыдущая операция не должна препятствовать выполнению последующих. На заключительных этапах собираются подвижные части изделий, разъемные соединения, устанавл. детали, заменяемые в процессе настройки.

Вопрос 2.1.3 ТИПОВЫЕ И ГРУППОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СБОРКИ И МОНТАЖА

Типовым ТП наз. схематичный принцип. процесс сборки и монтажа изделий одной классификационной группы, вкл. осн элементы конкретного процесса: способ уст-ки базовой детали и ориентации остальных, послед-ть операций, типы тех. оснащения, реж. работы, приближ. трудоемкость для зад. вып. изделий.

Предпосылкой типизации явл. классификация деталей, ЭРЭ, сб. единиц и блоков по признакам конструктивной (размеры, общее число точек соединения и др.) и технологической (маршрут сборки) общности. При типизации приняты классификац. ступени: Класс - классификационная группа сб. единиц, имеющих общий вид сб.соединения, например: свинчивание, пайка, сварка, склеивание и др. Вид -это совокупность сб.единиц, характериз. степенью механизации сбор. процесса: сб. ручная, с применен. механизир.инструмента, автоматизированная. Виды разделяют на подвиды, отличающиеся друг от друга конструкт. элементами, например клеевое соединение внахлестку, с накладками, стыковое, угловое и др. Типы объединяют сб. единицы, кот. имеют одинак. усл. сборки, располож. и чис. точек крепления. По комплексности методы типизации ТП разбивают на три группы: простые (одной операции), условно простые (одного ТП) и комплексн. Типизация упрощает, ускоряет и удешевляет тех. разработки; улучшает испол-е производ. мощностей из-за сокращения числа наладок и переналадок оборуд-я; создает условия для автоматизации тех.проект-я монтаж-сб. работ; специализации и кооперир. предприятий.

Груп.методы сборки и монтажа-разрабатываются для опред. сов-ти сб.единиц, имеющих одинаковые условия сборки, число точек крепления и характ-ся общностью примен. ср-в механизации и автоматизации. При классификации сб.единиц в группы учитываются габар. размеры базовой детали и остал.эл-в, подлеж. сборке и монтажу, виды соед-й, треб. точность, техн-я осуществления этих соединений, характеристика оборуд, оснастки и контрольной аппаратуры, а такж экономичности. Классификация завершается разбивкой сбор. единиц на след. группы: 1) с начин. и заканчивающимся циклом сборки на одном и том же оборудовании; 2) с незаконченным циклом сборки, когда часть деталей и ЭРЭ собирается на одной груп. операции, а на остальных операциях детали и ЭРЭ входят в др. группы или их сборка выполняется по единич. процессу; 3) с одним общим груп. тех. маршрутом, состоящим из набора групповых тех. операций. Для того чтобы затраты времени на переналадку оснастки были min, необходима определенная последовательность запуска партий изделий из одной классификационной группы. Разработка груп. ТП сводится к проект-ю групповой тех. оснастки, созданию наладок для каж. изделия, входящего в классификац. группу, и установлению оптимал. последовательности запуска партий на сборку. Груп. методы наиболее эффект. в условиях единич. и мелкосерий. производства.

2.1.4. ОРГАНИЗАЦИЯ ПОТОЧНЫХ ЛИНИИ СБОРКИ

Поточная сборка характеризуется непрерывностью процесса, построенного на дифференцированных операциях, и выпуском готовых изделий через определенный промежуток времени, называемый ритмом (тактом) выпуска. Для обеспечения ритмичного выпуска изделий время, затрачиваемое на выполнение каждой операции, должно быть одинаковым и равным или кратным ритму. При массовой сборке, малых размерах сбор. элементов ритм выпуска единицы изделия получается весьма незначительным. С целью уменьш. вспомогательного времени, удобства сборки, транспортирования, планирования и учета работы линию рассчитывают и организуют по ритму условного объекта — пачки одноименных сборочных элементов. Технологической основой организации поточных линий служат типовые и групповые ТП сборки. Исходя из номенклатуры выпускаемых изделий линии сборки разделяют на одно- и многопредметные. На однопредметной линии, применяемой в крупносерийном и массовом производстве, собирают изделия только одного наименования. За многопредметной поточной линией закрепляется сборка нескольких групп изделий, сходных по конструктивным и технологическим признакам. На этих линиях существуют след. виды чередования изделий: последовательно-партионное, параллельное и смешанное.

Решение о возможности организации поточной линии сборки проводится на основании расчета необходимого числа рабочих мест исходя из программы выпуска изделий, их фактической трудоемкости и фонда времени работы линии.

Практически наилучшие технико-экономические показатели имеют поточные линии с числом рабочих мест от 10 до 50.

Поточная линия сборки оборудуется конвейером, который поддерживает и регламентирует ритм работы, или другим транспортным средством. Конвейеры по назначению разделяются на рабочие (используется для сборки изделий непосредственно на несущем органе), распределительные (сборка производится со съемом предмета с несущего органа) и транспортные (служат для передачи собранных изделий с одного участка на другой).

2.1.5. СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ СБОРКИ И МОНТАЖА

Методика статистического моделирования применительно к процессу сборки и монтажа сборочной единицы на печатной плате.

В результате операции сборки к ведущему полуфабрикату (плате) последовательно присоединяется п деталей. Операция сборки продолжается, если в необходимый момент t имеется соответствующая деталь, в против. случае происходит срыв операции. В момент окончания сборки получается сбороч. единица с определ. значением выход. параметра. Каждая деталь, присоединяемая к ведущему полуфабрикату, подвергается проверке в течение времени. Она может оказаться бракованной и в этом случае заменяется новой, качественной. Операция сборки продолжается ограниченное время, т.к режим перемещения сбор. единицы по ходу процесса является жестким. Если она не укладывается в установленную норму времени, то происходит срыв операции сборки. После окончания процесса и получения гот. изделия, а также после случаев срыва операции переходят к сборке очередного изделия. Используемое для сборки оборудование подготавливается к операции в течение t, которое может быть детерминированной или случ. величиной.

Составная операция разбивается на несколько простейших. Для каждой операции (сборки, контроля качества) накапливается статистический материал по изменению их длительностей во времени. На основании имеющихся опытных и справоч. данных устанавливаются детерминированные во t показатели процесса сборки и вероятные диапазоны их изменения: продолжительность подготовки к операции, интенсивность проверки качества деталей, вероятность брака деталей и др. Этот материал представляется в удобной для ЭВМ форме: устанавливаются законы распределения, определяются их числовые характеристики. Это позволяет рассчитать ритм сборки, количество деталей, необходимое для сборки за анализируемый период, предельные значения момента сборки i-й операции. Далее в аналитической форме записываются все соотношения, необходимые при моделировании: момент окончания операции сборки и момент времени готовности сборочного агрегата к выполнению след. операции. Исходя из задач исслед-я устанавливается время анализа работы системы: смена, декада, месяц, год.

На практике существуют процессы, не имеющие жесткого управления режимом производственных циклов во времени. Операция в этом случае начинается в любой момент времени, если агрегат готов к работе и к нему поступил очередной полуфабрикат.

2.2.1 КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ЭЛЕКТР. СОЕДИНЕНИИ И ТЕХНИЧ. ТРЕБОВАНИЯ К НИМ

Качеств.хар-ки соединений определяются факторами: 1) высокие над-ть и долговечность; 2) min омическое сопротивление в зоне контакта и его стабильность при различ. климат. воздействиях; 3) мах достижимая мех. прочность; 4) min значение основ. параметров процесса контактирования (t, давления, длит-ти выдержки); 5) возможность соед-я разнообразных сочетаний материалов и типоразмеров; 6) стойкость к термоциклированию; 7) в зоне контактир-я не должно образовываться материалов, вызыв. деградацию соединения; 8) качество соед-я должно контролир. простыми и надежными средствами; 9) экономическая эффективность и производительность процесса.

Основные методы выполнения электрических соединений: Пайка (низкотемп, высокотемп) - процесс соединения Ме в твер. состоянии путем введения в зазор расплавленного припоя, взаимодейств. с основ. Ме и образующего жид. металич. прослойку, кристаллизация кот. приводит к образ-ю паяного шва. Индивид, групповая. Паяные электр. соединения широко применяют при монтаже электр. аппаратуры из-за низкого и стабильного электр. сопротивления, универ-ти, простоты автоматизации, контроля и ремонта. Недостатки: высокая стоимость использ. цветных ме и флюсов, длительное возд-е высоких t, коррозионная активность остатков флюсов, выделение вредных веществ.

Сварка (давлением плавлением) - это процесс получения неразъемного соед-я материалов под действием активир. энергии теплового поля, деформации, ультразвуковых колеб-й или их сочетаний. характеризуется: более высокой мех. прочностью получаемых соед-й, отсутствием присадочного материала, незначит. дозированной тепловой нагрузкой ЭРЭ, возмож-ю уменьшения расстояний между контактами. Недостатки: критичность при выборе сочетаний материалов, увеличение переход. сопротивления, невозможность груп. контактирования соединения, сложность ремонта. Бывает: ультразвуковая, электроконтактная, термокомпрессионная; электр. и лазер. лучом.

Соединения, основанные на деформации контактируемых деталей, проводов или выводов, выполняются в холодном состоянии. Под действием значительных мех.усилий, приложенных к этим элементам, происходит разрушение оксидных пленок и образование надежного вакуум-плотного соединения. Оно характеризуется высокой мех.прочностью, низ. стоимостью, легко поддается механизации, не создает помех в цепях низкого напряжения.

Соед-е токопроводящими клеями и пастами в отличие от пайки и сварки не вызывает изменения структуры соедин. материалов, т.к проводится при низких t, упрощает конструкцию соед-й и применяется когда другие способы невозможны: в труднодоступ. местах, при ремонтных работах и т. д.

Выбор метода получения электр.соединений определяется конструкцией контакт. узла, материалом деталей, требованиями к качеству, а такж условиями экономич. и производ-ти.

2.2.2 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПАЙКИ

Для образования качеств. паяного соединения необходимо: 1) подготовить поверх-ти деталей; 2) активировать соединяемые ме и припой; 3) обеспечить взаимодействие на границе «основной ме – жидкий припой»; 4) создать усл. для кристаллизации жидкой метал. прослойки.

Подготовка вкл. удаление загрязнений, оксидных пленок, а в некот.случаях тж нанесение покрытий, улучш. условия пайки или повыш. прочность и корроз. стойкость паяных соединений. Удаление пленок, препятствующих смачиванию расплавл. припоем, проводят мех. или химическими (обезжиривание, травление) способами.

Очищ. детали необх. немедленно направлять на сборку и пайку. Перед пайкой на поверх-ть соедин. деталей наносят покрытия, которые улучшают процесс смачивания припоем и поддерживают хорошую способность к пайке в теч. длительного межоперационного хранения. В качестве Ме для таких покрытий испол. различные припои (ПОС-61), серебро, золото, их сплавы, которые наносят гальваническим или термовакуумным осаждением, а также горячей металлизацией.

После выполнения подготовительных операций и в процессе межоперац. хранения проводится контроль пригодности деталей к пайке путем оценки паяемости. Основ. группы: легко-паяемые, средне-, трудно- и непаяемые.

Чтобы удалить образующуюся в процессе пайки оксидную пленку и защитить поверхности деталей от дальней. окисления, примен. флюсы, газовые среды, способы физико-механического воздействия (мех. вибрации, ультразвук. колебания и т. д.).

- Расплавл. флюс растекается по паяемой поверх-ти и припою, смачивает их и вступает с ними во взаимодействие - удаляется оксид. пленка. - Газов. среды, применяемые при пайке, разделяются на нейтральные и активные. Активные газовые среды (водород, оксид углерода и др.) защищают от окисления детали и припои, удаляют с их поверхности уже образовавшиеся оксид. пленки. Но газовые среды могут вступать во взаимодействие с паяемым Ме и припоем, образуя нежелательные продукты реакции, которые ухудшают физико-механич. свойства соединений. - Сущность физико-механ. методов удаления оксид.пленок с поверх-ти паяемых ме заключ. в их разрушении под слоем жидкого припоя с помощью ультразвука, трения деталей, режущего или абразивного инструмента, при этом припой защищ. паяемую поверх-ть от возд-я кислорода и вступает с ней в физ. контакт.

- самофлюсующие припои содержат компоненты, которые активно реагируиют с оксидной пленкой паяемого ме и припоя, образуя легкоплавкие шлаки, защищ. поверхности основного ме и припоя от окисления. После расплавления припоя и достижения атомами Ме треб. уровня энергии активации начинается взаимодействие, в процессе которого происходит смачивание поверхности твер. тела расплавом ме. После удаления источника тепловой энергии наступает стадия кристаллизации металлич. прослойки, оказывающ большое влияние на качество паяных соединений. (т.ж оказывает влияние правильный выбор материалов: флюсов, припоев, очистных жидкостей.)

Припои. В качестве припоев испол. различные цветные ме и их сплавы, имеющие более низкую t, чем соединяемые ме. К тех. требованиям относятся достаточная мех. прочность и пластичность, задан. теплопроводность и электр. хар-ки, коэфф. термич.расширения, близкий к КТР паяемого ме, коррозионная стойкость как в процессе пайки, так и при эксплуатации соединений. Припой должен быть экономич. и не содерж. дефицит. компонентов.

2.2.3 ТЕХНОЛОГИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПАЙКИ

Технолог. процесс пайки состоит из след. операций: 1) фиксации соединит. элементов с предварительно подготовл. к пайке поверх; 2) нанесение дозир. кол-ва флюса и припоя; 3) нагрев деталей до заданной t и выдержка в теч. ограниченного t; 4) охлаждение соед-я без перемещения паяемых поверхностей; 5) очистка соединений; 6) контроль качества.

Индивидуальнаяпайка-паяльником. Требуемый температ. режим при индивид. пайке обеспеч. теплофизич. харак-ками примен.паяльника.

Груп. методы пайки. Пайка элементов со штыревыми выводами, установленными на ПП, в усл. поточного производства проводится 2 основ. методами: погруж. и волной припоя.

При пайке ПП со смонтированными эл-тами погружается в расплав.припой на глубину 0, 4... 0, 6 ее толщины, что приводит к капиллярному течению припоя и заполнению им монтажных отверстий. Чтобы ограничить зону действия припоя, на плату с монтажной стороны наносят спец. защит. маску (бумажную, эпоксидную), в которой предусмотрены отверстия под контактные площадки. Наиболее совершенным способом реализации пайки погружением -пайка протягивание, при которой ПП укладыв. в держатель под углом около 5°, погружается в ванну и протягивается по зеркалу припоя. Избирательная пайка обеспеч. выборочную подачу припоя к паяемым контактам через спец. фильеру, изготовленную из нержавеющей стали. Между платой и фильерой зажимается слой термостойкой резины. При избират. пайке уменьш. температура платы, снижается нагрев радиоэлементов и расход припоя. Пайка волной припоя явл. самым распространенным методом групповой пайки. Она заключается в том, что плата прямолинейно перемещается через гребень волны припоя.: высокая производит-ть, возможность создания комплексно-автоматиз. оборудования, огранич. время взаимодействия припоя с платой, что снижает термоудар, коробление диэлектрика, перегрев элементов. Главным условием высокой разрешающей способности пайки волной припоя, позволяющ. без перемычек, мостиков и сосулек припоя паять платы с малыми зазорами между печат. проводниками, является создание тонкого и равномерного слоя припоя на проводниках.

2.2.4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ

Процесс образования сварного соединения 4 стадии: 1) образование физ. контакта между поверх. материалов; 2) активация контактных поверх; 3) объемное развитие взаимодействия; 4) кристаллизация. На 1.сближаются материалы на расст-е при котором между частицами начинает проявляться физич. взаимодействие. Под действием этих сил в жидких фазах происходят дальнейш. самопроизвол уменьш. расстояний между атомами и их поляризация на фазовых границах раздела с изменением орбит части внешних электронов, которые приводят к снижению потенциальной энергии атомов. При некоторой критич. величине начинается перекрытие стабильных электр. оболочек и появляются силы отталкивания. Достижение минимума потенц.энергии завершает 1 стадию. На 2 стадии - образование на поверхности более твердого из соединяемых материалов центров, активных в химическом отношении. Для активирования поверх-й вводится дополн. энергия: тепловая, деформации, ультразвуковая. При сварке плавлением цепная реакция растекания с выделением энергии поверх. натяжения увелич. площадь контакта вокруг каждой точки взаимодействия. контактные пятна начинают сливаться в более крупные очаги схватывания, происходит коллективизация валентных электронов, которая приводит к образованию метал. связи между контактир. поверхностями. 3 стадия - развивается взаимодейст. соедин. материалов как в плоскости, так и в объеме зоны контакта. В плоскости контакта - заканчивается слиянием очагов взаимодействия, что является необход. условием возникновения прочных хим. связей между материалами. Но оно может оказаться недостаточным для получения прочного сварного соединения. Увеличение t сварки приводит к развитию гетеродиффузии, кот. может упрочнить соединение при образовании тв. растворов замещения.

Характерной особенностью кристаллизации сварного соединения является образование зональной структуры, состоящей из ядра, переходной зоны и неизменяемой зоны основы. Ядро при сварке плавлением представляет закристаллизовавшуюся жидкую фазу, которая может состоять из гомогенных кристаллов, твердого раствора замещения или внедрения, интерметаллидов, механической смеси кристаллов и примесей. Структура ядра определяет качество и надежность соединения. Поэтому при контактировании необходимо стремиться к идеальному гомогенному кристаллическому переходу путем подбора материалов с одинаковыми физико-механическими свойствами, строением кристаллической решетки и электронной структуры или таких, для которых выполняется условие образования твердых растворов в широком диапазоне концентраций. В переходной зоне, которая в зависимости от метода сварки колеблется в широких пределах, происходит диффузионное легирование основы, ее рекристаллизация.

2.2.5 МЕТОДЫ ВЫПОЛНЕНИЯ СВАРНЫХ МОНТАЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Ультразвуковая сварка выполняется за счет возбуждения в свариваемых деталях упругих колебаний УЗ-частоты при одновременном создании определенного давления.

Прочность сварн. соединения определяется амплитудой колебаний на раб. торце инструмента и давлением, прилож. к соединяемым деталям. При малой амплитуде в плоскости контакта происходит замедлен. образование актив. центров соед-я. Увелич-е амплитуды увеличивает напряжения среза, приводящие к разруш. части узлов схватывания. Зависимость прочности сварного соединения от давления: его занижение замедляет деформацию в контактной зоне соединения и снижает плотность дислокаций, необходимых для активирования поверхности. Завышение давления увелич. трение и снижает амплитуду колебаний рабочего торца инструмента. Повышение частоты колебаний инструмента в некоторых случаях ускоряет процесс соединения. Основ. элемент установок УЗ-сварки-инструмент, форма и размер раб. части которого имеют важное значение для получения качеств. соед-й. Материал инструмента для УЗ-сварки должен обладать высокой износостойкостью, иметь незначит. акустические потери, выс. прочность, хор. обрабатываемость.

Термокомпрессионная сварка — это сварка, которая проводится при невысоких давлениях с подогревом соединяемых деталей. Достоинства: стабильность сварочного инструм. и его высокая стойкость, малая чувствительность к изменению режима, простота контроля основных параметров процесса. Недостатки: ограниченное число сочетаний свариваемых материалов, необходимость тщательной подготовки деталей. По способу соединения термокомпрессия выполняется «внахлестку» и «встык». Основ. параметры режима термо-компрессии: усилие сжатия Р, t нагрева инструмента или соединения, длительность выдержки под давлением. Термокомпр. сварка применяется для присоединения выводов к ПП кристаллам, сварки микропроводов и проволок между собой и др.

Сварка давлением с косвенным нагревом проводится инструментом, который импульсно нагревается проходящим по нему током. Вследствие кратковременности процесса нагрева металлический проводник в месте контакта нагревается до более высоких температур, чем при термокомпрессии. Это позволяет приваривать проводники из относительно малопластичных металлов к тонким пленкам на керамических подложках.

Сварка расщеплением (сдвоенным) электродом прим. при получении контактных соединений планарных выводов ИС и ЭРЭ с контактными площадками плат, жестких ленточных проводов с выводами печ. соединителей и др. Усилие прижима электродов при сварке создается в момент нагрева до мах t и снимается до окончания действия импульса тока.

Качество сварки сдвоен.электрод. определяется сочетанием t плавления соединяемых Ме, соотношением размеров выводов и толщины печ. проводников, термостойкостью платы.

Сварка взрывом. 2 основных процесса: локальное нанесение взрывчатого вещества (ВВ) на выводы и сварка. Нанесение ВВ осуществляется методом сеткографии через металлические или шелковые сетки. Паста, содержащая ВВ, обладает хорошей текучестью и адгезией к поверхности вывода. Заряды на поверхности выводов формируют из первичных инициирующих ВВ, имеющих очень малые критические диаметры заряда и чувствительных к температуре или лучистому излучению.

2.2.6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И НАДЕЖНОСТЬ МОНТАЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Контроль при выполнении монтаж. соединений вкл. наблюдение за соответствием ТП требованиям документации, в том числе материалов, режимов, а также оценку качества соединений. Оценка внешнего вида производится в сравнении с эталонными образцами. Пайка должна быть гладкой и блестящей, а сварка — с заданной степенью обжатия выводов. Этому контролю подвергаются все соединения. Визуальным осмотром могут быть выявлены такие дефекты паяных соединений, как непропай, перемычки, сосульки, натеки припоя, холодная пайка, прилипание припоя к поверхности платы, трещины, белый и темный осадки на плате. Увеличение t припоя увеличивает его теплосодержание и обеспечивает проникновение в более узкие зазоры. Причиной непропаев например является загрязнение ванны примесями металлов, которые не могут быть устранены коррекцией. Белый осадок на платах может возникнуть из-за несовместимости флюса и материала ПП. Удаляется он промывкой в подогретой воде с применением щеток. Темный осадок является результатом неправильного использования флюса. Сильный предварительный подогрев плат вызывает потемнение остатков канифольных флюсов. Сосульки — типичный дефект при пайке ПП, вызванный чаще всего низкой температурой припоя или недостаточным временем пайки. Их устраняют путем регулировки параметров пайки, изменением угла выхода платы из припоя. Холодная пайка — дефект, образующийся при смещении выводов ЭРЭ при кристаллизации припоя или отсутствии сплавления припоя с поверхностью паяемой детали. Указанный дефект можно исправить вторичной пайкой соединений. Натёки вызваны избытком припоя в местах соединений, что увеличивает расход припоя. Целесообразно повысить температуру пайки, увеличить плотность флюса или увеличить угол выхода платы из волны припоя. Качественное соединение не должно иметь трещин, пор и других дефектов. Прочность на отрыв проверяется при выборочном контроле на образцах-свидетелях с помощью разрывных машин.

Оценка по модуляции электр. сигнала позволяет выявить до 60 % общего числа дефектов. Контролируемая схема подключается к генератору сигналов, настроенному на определенную частоту, и через двухкаскадный усилитель к осциллографу или динамику. При вибрации или тряске аппаратуры в дефектных соединениях возникает сигнал с частотой, отличающейся от частоты настройки. Оценка по температурному перепаду. Предварительный нагрев платы может быть различным, но чаще всего используют нагрев электрическим током. Контролируемую плату подключают к источнику питания и после установления теплового равновесия ее со стороны соединений сканируют инфракрасным датчиком спец. устройства для визуализации и сравнения с температурой аналогичной точки эталонной платы. Даже 100 %-й контроль монтажных соединений может выявить только явные дефекты исполнительского характера, а скрытые дефекты, например микроскопические неоднородности, которые только в процессе эксплуатации развиваются до опасных пределов, принципиально могут быть обнаружены лишь при долговременной работе системы. В ряде случаев для этой цели конструируют макетные модули, которые подвергают длительным испытаниям. Анализ сварных соединений показывает, что потенциально более подвержены усталости соединения, выполненные термокомпрессионной сваркой и сваркой сдвоенным электродом, чем соединения, выполненные с помощью лучевых методов и УЗ-микросварки при одинаковых условиях испытания.

2.2.7. ЭЛЕКТРИЧ, СОЕДИНЕНИЕ МЕТОДОМ НАКРУТКИ

Накрутка — это процесс создания электрического -соединения путем навивки под натягом определенного числа витков одножильного провода на штыревой вывод с острыми кромками. Под действием приложенного усилия происходят разрушение оксидных

пленок на соединяемых поверхностях и врезание острых граней вывода в провод. Образовавшееся газонепроницаемое соединение удерживается благодаря упругим напряжениям, возникшим в этих элементах.

При монтаже накруткой применяют три вида соединений: немодифицированное, модифицированное и бандажное. Модифицированное соединение от немодифицированного отличается тем, что кроме витков оголенного провода на выводе имеется 1...2 витка провода в изоляции, которая демпфирует воздействие знакопеременных нагрузок на элементы контакта и уменьшает усталостные напряжения. В бандажном соединении соединяемый элемент (провод, вывод ЭРЭ, шина и пр.) располагается вдоль широкой поверхности граненого вывода и на них накручивается несколько витков бандажной проволоки (не менее восьми).

Для электромонтажа методом накрутки применяются одножильные медные провода диаметром Жила провода облуживается для повышения коррозионной стойкости.

Вывод должен иметь не менее двух острых кромок, чтобы получить надежное соединение. Накрутку получают с помощью специального инструмента — валика навивки при его вращении с проводом и продольном перемещении вдоль вывода. Электромонтаж методом накрутки состоит из трех этапов: подготовительного, собственно накрутки и контроля. Первый этап включает получение соединителей с выводами, электромонтажного провода и их проверку, установку и закрепление блока с разъемами на подставке для монтажа, нарезку мерных перемычек, снятие изоляции с их обоих концов. Второй этап начинается с заправки провода в боковое отверстие валика навивки.

Для механизации электромонтажа методом накрутки и уменьшения числа ошибок применяют установки с числовым программным управлением (полуавтоматические и автоматические). Полуавтоматические установки состоят из координатного стола, на котором крепится приспособление с целеуказателем, перемещающимся над столом с высокой точностью по двум координатам, монтажного пистолета, электрифицированной кассетницы с набором подготовленных проводов, стойки управления и питания.

На третьем этапе проверяют визуально правильность монтажа и качество накрутки. На контрольных образцах измеряют с помощью щупов плотность накрутки, проверяют миллиомметром переходное сопротивление, динамометром — усилие стягивания.

2.2.8. СОЕДИНЕНИЯ ПРОВОДЯЩИМИ КЛЕЯМИ

Электропроводящие клеи (контактолы) применяют при создании монтажных соединений в тех случаях, когда другие методы оказываются неэффективными: в труднодоступных местах, при ремонте ПП, при низкой термостойкости компонентов.

Клеепроводящие композиции изготавливают на основе эпок-сидных смол холодного и горячего отверж-дения, полиуретана, силикона и неорганических соединений. Свойства электропроводящих клеев зависят не только от типа наполнителя, но и от его концентрации. Необходимым условием получения максимальной электропроводности контактолов является формирование в объеме композиции из частичек наполнителя так называемых цепочных структур. Увеличение количества наполнителя увеличивает проводимость, но одновременно ухудшаются механические свойства соединения. Точное нанесение контактолов на очищенные поверхности соединяемых деталей осуществляют методом шелкографии, с помощью ручных или автоматических дозаторов.