基础工业工程课程设计

摘要本文介绍的是一款 HX-8502 行走机器人的组装过程，主要是对其电路板进行焊接。本电路的集成块采用 NE555 时基电路，内部由比较器、RS 触发器、放电管等部分组成，整个操作过程需要将零散的部件组装成一个完整电路板。本文还通过设计布置组装 HX-8502 行走机器人生产线，运用所学的专业知识对每一个工序进行分析，运用 5S 对现场进行管理，编制操作过程的 SOP，以及生产节拍和平衡率的确定。此次课程设计的目的就是锻炼学生将理论与实际结合能力，培养学生自主思考，解决问题的能力。 目录基础工业工程课程设计1.课程设计目的意义及思路1.1 课题设计目的通过高频电子线路课程设计，帮助学生综合运用所学的理论知识，学会构建简单的应用电路，提高学生正确选用电子器件，进行装配、调试等方面的实践能力。通过课程设计使我们深刻领会基础工业工程中的概念、原理与方法。对于我们深入了解工作过程中的方法，正确选择经济、合理的作业方法和最适宜的工作时间，培养工作分析与研究的能力以及解决实际问题的能力1.2 课程设计意义第一掌握. HX-8502 行走机器人工作原理以及对讲机的各个组成部分的原理、功能用途等。第二锻炼自己的实际能力，要从实际出发，选择适合自己的元器件，要求从生产和适用价值等方面去考虑。第三综合运用所学的基础工业工程的原理与方法及相关知识分析解决问题的实际能力。 第四培养利用计算机网络进行资料查询、文献检索的方法及获取相关知识的能力，掌握资料整理、报告撰写等基本技能。 可见，基础工业工程课程设计在培养学生相关知识的运用，计算机的 使用和同学之间的配合上有着重要的作用。这是同学在平时上课学不到的，更加培养了学生在其他方面的能力，提高了学生的综合素质，培养协调能力、团队配合能力和创新精神。1.3 课程设计方案思路2. HX-8502 行走机器人套件2.1HX-8502 行走机器人套件简介本行走机器人是顺应科技进步新开发的教育机器人教学套件，它具有电力精简、实用、可学习性强之外，还具有趣味性强等特点，是一款寓教于乐的教学散件。装配好的机器人可以前进、后退、发声、闪眼睛等动作。调节电路中的元件参数（电位器）可以控制机器人行走的时间和距离。2.2HX-8502 行走机器人套件零件介绍因为所给出的零件没有标出规格和符号，所以首先要对零件进行辨别和分类1、电阻可以根据电阻上的颜色来进行辨别，各个颜色所代表的电阻值如下表所示 棕 红 橙 黄 绿 蓝 紫 灰 白 黑 金 银1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1% 10%色环电阻值计算示意图其中前两个环分别代表数字，第三条环代表 0 的个数部分零件如图所示序号 名称 型号规格位号 数量 序号 名称 型号规格位号 数量1 三极管 9013 VT1 1 只 10 电阻 100 R4、R5 2 只2 三极管 9012 VT2、VT3、VT43 只 11 电阻 10K R3、R11、R143 只3 三极管 8550 VT5、VT6、VT62 只 12 电阻 51 R9、R10 2 只4 三极管 8050 VT7、VT8 2 只 13 电阻 20K R13 1 只5 集成块 NE555 1C 1 只 14 可调电阻 200K W1、W2 2 只6 二极管 IN4148 VD1、VD2、VD43 只 15 电解电容 100F C1、C4、C53 只7 发光二极管 LED 3 VD3 1 只 16 电解电容 10F C2 1 只8 电阻 1K R1、R5 2 只 17 瓷片电容 103 C3 1 只9 电阻 2K R2、R3、R7、R124 只 18 电路板 1 块（a） （b） （c）（d） （e） （f） （g） （h ）（i） （j）2.3 电路原理本电路的集成块采用 NE555 时基电路，内部有比较器、RS 触发器、放电管等部分组成，如图 6 脚 R 端的正相输入端和 7 脚放电端连在一起为 RS 触发器翻转做了准备。2 脚是 S 端的反相输入端，3 脚输出端。初始状态时 RS 触发器的 Q 端输出低电平放电管截止不放电 3 脚输出高电平。此时 W2、R13、C5 构成正稳态的延时电路，电源通过 W2、R13、C5 充电(调节 W2 可以调节 C5 达到触发电平的时间)当 C5 端的电压达到 2/3VCC 时，R 端比较器翻转输出高电平。此时 S 端电平基本不变从而导致使 RS 触发器触发翻转进入另一个稳态，Q 端输出高电平，放电管导通 C5 的电压瞬间被拉为低电平。因在正稳态时 MT2 端为高电平对 C1充满了电，2 脚一直处于高电平，当 RS 触发器触发翻转进入另一个稳态后 MT2变为低电平，此时 C1 通过 W1、R6、R14 对地放电，调节 W1 可以调节放电的时间，当 C1 端的电压降到 1/3VCC 时 S 端比较器翻转致使 RS 触发器进入正稳态，依次循环，分别调节 W2、W1 可以控制正、负稳态电路的延时长短。3 脚是正、负稳态的输出端正、负稳态分别输出正、负电平。该电平加到电容 C2 上给 C2充电使输出电平稳定，该电平就是后面驱动电路的控制信号。该控制信号经 R5加到 9013 的基极，9013 是 NPN 管，基极正电平时 9013 的 C,E 极导通，而 9012截止，也即是正稳态时 9013 导通，9013 集电极被拉为低电平，再经过 R7 加到VT3-VT2 的基极 VT3 导通，从而 VT5、VT7 导通，电流通过 MT2 经过电机后流经MT1，电机正转机器人向前行走、发声，闪眼睛，W2 控制电机正转的时间。当555 处于负稳态时输出低电平，通过 R4 加到 VT2 上，VT2、VT4、VT6、VT8 导通。电流通过 MT1 经过电机后流经 MT2.电机反转机器人后退，由于发声、闪灯电路经过一只二极管供电。正转时有电压，反转时二极管截止，发声、闪灯电路无电压停止工作2.4 装配过程装配前电路板 装配后电路板2.4.1 清点零件拿到机器人及电路板套件后，对照“元件清单”逐一将数量清点一遍，并用外用表将各个元件测量一下，特别是瓷片电容，用数字万用表的电容档测量。2.4.2 电路板安装所有的器件以立式插装，较紧贴电路板，不掉的过高。电解电容器，三极管插装时注意极性。焊接好的器件不要折断了，就立式放置。焊接时先焊小元件，再焊大元件，最后再焊集成块，元件尽量贴着底板“对号入座”1、安装二极管（型号为 1N4148） ，安装在电路板 VD1、VD2、VD4 处，用镊子夹持二极管，用电烙铁和锡丝进行锡焊接（左手持锡丝，右手持电烙铁） ，用吸锡器吸除多余的锡，用剪刀减去多余部分的“二极管脚” 。2、安装瓷片电容（103）到电路板 C3 处。3、安装电阻（2K）至电路板 R2、R3、R7、R12 处，安装电阻（51）至电路板R9、R10 处，安装电阻（10K）至电路板 R8、R11、R14 处，安装电阻（1K）至电路板 R1、R5 处，安装电阻（100）至电路板 R4、R6 处，安装电阻（20K）至电路板 R13 处。4、安装三极管（8050）至电路板 VT7、VT8 处，安装三极管（8550）至电路板VT5、VT6 处，安装三极管（9012）至电路板 VT2、VT3、VT4 处，安装三极管（9013）至电路板 VT1 处。5、安装可调电阻（200K）至电路板 W1、W2 处，6、安装发光二极管（LED3）至电路板 VD3 处7、安装电解电容（100F）至电路板 C1、C4、C5，安装电解电容（10F）至电路板 C2 处8、安装集成块（NE555）至电路板 IC 处。由于集成块 NE555 是采用双排 8 脚直插式结构，它的脚排列比较密集，焊接时先用尖烙铁头进行快速焊接，如果一次焊不成功，应等冷却后再进行下一次焊接。2.4.3 电路板与电源组装功能电路板部分装配完成后进行电机和电源部分引线的焊接。打开机器人后盖将里面的电机线焊下把我们配的接线焊在电机上，同时把到头部分的红线焊下串联一只 1N4148 的二极管，再焊接电源线，一根焊接在电池极片的负极，另一根焊接在开关的一端，电源和电极接线焊好后从后背的孔引出。装上头和摇头杠杆后，盖上后盖。 （要保证里面活动部分的空间以免卡住） 。在电机线焊在功能电路板的 MT1 和 MT2 焊盘上（红线焊 MT2，绿线焊 MT1，以免后退时发声、闪光） 。电源线红的焊在 GB+焊盘上，绿线焊在 GB-焊盘上。焊好后装上三节 5 号电池，电路板装在电池外边，用拆电池盖的螺丝固定，装配完成。2.4.4 打开开关，调试机器人功能2.5 装配过程注意事项：1 清查元器件的质量，并及时更换不合格的元件。2 确定元器件的安装方式，由孔距决定，并对照电路图核对电路板。3 将元器件弯曲成形，本电路所有电阻均采用立式插装。4 插装。按电路图对号插装，有极性的元件要注意极性，如集成电路的脚位等。5 焊接。各焊接点加热时间及用锡量要适当，防止虚焊、错焊、短路。6 焊后剪去多余引脚，检查所有焊点，并对照电路图仔细检查，并确认无误后方可通电。7 焊在印刷板反面，对比好高度和孔位再焊接。2.6 装配过程出现问题1 无法正确检验元器件的质量2 焊接时由于技术因素或偶然因素，加热时间或用锡量控制不好造成焊接的失误。3 最后焊导线时难度太大，出现失误的可能性很高。4 调试机器人时针对出现的问题无法具体追究原因，无法知道是操作过程中的哪一步出了错。3组织设计，生产排程3.1 组织设计3.1.1 模特法估算各工序时间在产品投入生产之前，我们需要对生产线进行设计与分析，但是由于我们没有办法去实际测量每个步骤所需要消耗的时间，所以我们也就无法知道每个步骤所需要的时间，这样我们就需要利用模特法预先估计出装配每一个电子元件所需消耗的时间。以我们用模特法所估计出来的时间作为参考，为之后对生产线的生产设计提供科学的理论数据。用模特法所估算出的各元件装配时间如表 通过表 3-1，我们可以估计出装配各个元件的理论时间，但由于利用模特法所估计出来的时间是操作熟练的技术工人在完美并且无失误的情况下的操作时间，换句话说，也就是最理想的操作时间。但在实际中我们的操作是根本不可能达到模特法所估算出的时间，所以我们必须要考虑宽放，设宽放率为 25%即 参考时间=估算时间1.253.1.2 最优工序划分根据现场的生产条件以及根据现场的生产条件以及工人的熟练程度，按照元件个数和安装复杂程度，对每个小工序进行组合，使得整个根据现场的生产条件以及工人的熟练程度，按照元件个数和安装复杂程度，对每个小工序进行组合，设计出每个工序所用的时间以及，使得整个过程的操作所用时间最少，工人效率最高。下表即为产品的工艺流程表产品工艺流程表 文件编号型号：HX-8502 产品名称：HX-8502 机器人 共页版本：A工序号工序名称设备、工具及工装名称物料明细单件用量操作人数参考作业时间mod备注（单位：s）1 插焊二极管工作台、传送带、电烙铁、吸锡器、焊锡、偏口钳二极管 3 1 96 15.48工作台、传送