В статье представлены результаты внедрения научного проекта, который демонстрирует разработку и внедрение технического прибора — ЧПУ плоттер в образовательный процесс для специальностей информационно-компьютерного профиля, а также с применением в промышленной отрасли. Прибор предназначен для автоматизации процесса изготовления печатных плат. В проекте представлены основные этапы создания ЧПУ плоттера и анализ эксплуатации, выполненный в процессе настройки. Представленный ЧПУ плоттер позволяет решать актуальные инновационные задачи в области сложнейших электронных устройств на основе компьютерных систем и комплексов в процессе подготовки специалистов среднего звена и является средством улучшения качества образовательного процесса по дисциплинам «Схемотехника», «Программирование». Благодаря расширенному масштабу рисунка размером А4, возможно рисовать достаточно большие печатные платы. Несомненная эффективность устройства заключается в том, что себестоимость прибора, на порядок ниже цены образцов, приобретаемых учебным заведением для проведения практических занятий.
Ключевые слова: ЧПУ плоттер, автоматизация, печатная плата, промышленность.
Современное состояние техники и производства характеризуется высоким уровнем автоматизации, применением сложнейших электронных устройств на основе компьютерных систем и комплексов. В этих условиях все более жесткие требования предъявляются к знаниям и умениям специалистов, работающих с этими устройствами и тем более к разработчикам новых устройств. В связи с этим все более востребованными на рынке труда становятся специалисты с техническим профилем образования, к которым относятся специальности IT специализации. Одной из областей профессиональной деятельности выпускников данных специальностей является совокупность методов и средств по разработке и производству компьютерных систем и комплексов; сопровождение и настройка компьютерных систем и комплексов, выявление неисправностей и ремонт компьютеризированных систем. Объектами профессиональной деятельностью являются цифровые устройства, системы автоматизированного проектирования, микропроцессорные системы, компьютерные системы, комплексы и сети и т. п.
Основной целью описанного в работе проекта является разработка плоттера с числовым программным управлением (далее — ЧПУ плоттер), предназначенного для рисования печатных плат, минуя лазерно-утюжную технологию и внедрение прибора, как лабораторного средства по изучению дисциплин «Техническое обслуживание и ремонт средств вычислительной техники», «Схемотехника», «Программирование» специальности «Компьютерные системы и комплексы». В настоящем устройстве должны быть соблюдены требования безопасности по эксплуатации прибора студентами. Разрабатываемый ЧПУ плоттер должен полностью удовлетворять потребностям проведения лабораторно-исследовательских и ремонтных работ.
Также предусмотрено использование ЧПУ плоттера в реальных промышленных условиях, так как заявленные эксплуатационные характеристики и стоимость изделия предпочтительнее импортных аналогов.
Для достижения обозначенной цели были поставлены следующие задачи:
1)проанализировать литературу и электронные источники по проектированию, разработке, сборке, тестированию ЧПУ плоттера;
2)проанализировать зарубежные и российские аналоги, изготавливаемого ЧПУ плоттера для определения их достоинств и недостатков в качестве использования для учебной дисциплины «Техническое обслуживание и ремонт средств вычислительной техники»;
3)подобрать радиотехническую элементную базу;
4)провести конструкторско-технологическую разработку и сборку прибора;
5)произвести экономический расчет себестоимости прибора;
6)апробировать разработанный продукт в образовательном процессе;
7)проанализировать созданный технический прибор на основе апробации.
Инновационность разработанного прибора заключается в следующем: автоматизируем технологический процесс изготовления печатной платы, исключая этап лазерно-утюжной технологии, выполняемый вручную, что в результате позволяет избежать ошибок, связанных с человеческим фактором; улучшен способ управления прибором при помощи системы Bluetooth, что отвечает правилам техники безопасности.
Область применения ЧПУ плоттера определяется следующим списком: проведение лабораторно-исследовательских работ в процессе обучения; производство и ремонт радиоэлектронной аппаратуры; печать схем; изготовленный образец может быть перепрофилирован для технологий лазерной гравировки, фрезерного настольного мини станка.
Таблица 1
Технические характеристики прибора
|
Параметр |
Значение |
|
Входное напряжение |
220 В |
|
Выходное напряжение |
12 В |
|
Выходной ток |
4 А |
|
Масштаб |
210×297 мм |
|
Вес |
0,6 кг |
Рис. 1. Полностью собранный прибор ЧПУ плоттер
Реализовать данные требования позволяет устройство, выполненное по предлагаемой схеме, представленной ниже. В схеме отображены основные части, а также последовательность сборочных этапов опытного образца: подборка подходящей схемы; выбор (разработка) деталей в AutoCad; печать деталей на 3D-принтере; сборка устройства; программирование Arduino UNO; программирование Bluetooth; тестирование устройства.
Литература:
- Соммер У. Программирование микроконтроллерных плат Arduino/Freeduino, 2012. — 238 с.
- Ревич Ю. Занимательная электроника, 2015. — 672 с.
- Петин В. Проекты с использованием контроллера Arduino, 2-е издание, 2015. — 464 с.
