Особенности технологии производства светодиодных светильников. Дипломная (ВКР). Информатика, ВТ, телекоммуникации. 2015-02-08

3 Выбор и обоснование инновационной технологии (технологии
с элементами инноватики)

Чтобы определить какую технологию стоит задействовать в производстве,
проведем анализ технологий с помощью матрицы выбора инноваций (табл. 1):

Особенности технологии производства светодиодных светильников

Введение

В современном мире человек просто не представляет свою жизнь без
искусственных источников света. Осветительные установки дают необходимые и
благоприятные условия освещения для зрительного восприятия информации (а это
около 90% от всей получаемой человеком информации).

Без освещения не может
осуществляться работа ни одного предприятия, невозможно нормальное
функционирование ни одного города. Основной задачей современной светотехники в
настоящее время является создание удобной световой среды для труда и отдыха
человека, а также эффективное использование оптического излучения в технологиях
при рациональном использовании электрической энергии.

Данный курсовой проект посвящен современным технологиям производства
светильников для уличных фонарей.

В первой, аналитической части, будет рассмотрена актуальность выбранной
проблемы, проведен анализ применяемых технологий на примере Брестского
электролампового завода, будут определены роль и место технологий в
деятельности данного завода, а также произведен анализ существующих в мире
технологий и произведен выбор технологии для дальнейшего развития этого завода.

В последующих разделах курсового проекта будут описаны особенности
выбранной технологии, а также предложены проектные, управленческие и
организационные решения.

1.Актуальность и характеристика выбранной проблемы

Постоянно растущие тарифы на электроэнергию вынуждают муниципалитеты
применять сомнительные способы экономии, такие как отключение уличного
освещения, глубокой ночью, т.е. именно тогда, когда оно необходимо. В то же
время качественное уличное освещение существенно снижает количество аварий
автотранспорта на ночных дорогах, особенно на перекрестках, способствует
предотвращению уличных преступлений. Так что, экономя на уличном освещении
органы местной власти значительно ухудшают в качество жизни своих сограждан.

Выход из создавшегося положения нам видится в создании системы
инновационного альтернативного энергонезависимого уличного освещения.

Быстрое развитие полупроводниковых технологий привело к созданию
полупроводниковых приборов, в которых реализуются новые принципы генерации
света это светоизлучающие диоды – светодиоды. В светодиодах происходит
преобразование энергии инжектированных в базовую область электронно-дырочного
перехода электронов в энергию светового излучения c высокой (до 300 люменов/
Ватт) эффективностью преобразования электрической энергии в световое излучение.

Появление столь эффективного генератора светового излучения сможет
поменять в ближайшие годы видение организации освещения вообще и уличного
освещения в частности. Так страны юго-восточной Азии уже выбросили на
потребительский рынок первые светодиодные лампы для целей бытового освещения,
где недостаточная сила света единичного светодиода компенсируется комбинацией
нескольких десятков светодиодов в одной конструкции.

Появились сообщения об
изготовлении светодиодных фар для автомобилей, созданы светодиодные прожекторы,
создающие световой поток в 13 300 люмен. Ряд американских и европейских фирм
начали планомерное завоевание рынка светильников уличного освещения поставками
новейших высокоэкономичных светодиодных уличных фонарей.[3]

1.1 Анализ применяемых технологий в ОАО «Брестский
электроламповый завод»

В данном курсовом проекте будет рассмотрено единственный в Республике
Беларусь и один из крупнейших производителей ламп накаливания специального и
общего назначения.

Брестский электроламповый завод расположен в городе Бресте на границе
между Польшей и Белоруссией. Его продукция используется в различных отраслях
промышленности, автомобильном, железнодорожном, воздушном и водном транспорте,
а также для освещения жилых, общественных и промышленных зданий.

Высокое качество изготавливаемой подтверждается устойчивым спросом на
рынке.

С 1998 года завод работает по Международной системе качества серии
ИСО-9001. Постоянно расширяется и обновляется номенклатура изделий. Кроме ламп
накаливания, завод выпускает компактные энергосберегающие лампы, а также
натриевые лампы высокого давления для уличного освещения и для тепличного
хозяйства. [4]

Основной целью завода является получение прибыли, а также повышение
качества и востребованности своей продукции и привлечение новых клиентов.

Но на данном этапе завод находится в кризисе. Подавляющее большинство
производственного оборудования испытывает износ. Низкая производительность
оборудования, плохая система контроля качества или ее отсутствие на разных
этапах производства отражаются на качестве и объеме выпуска продукции, которое
уступает многим западным производителям и соответственно отрицательно
отражается на конкурентоспособности.

Таким образом, можно заключить, что для реализации целей компании крайне
важно рассмотреть вопрос совершенствования используемых технологий или
внедрения новых.

1.2 Роль и место технологий в деятельности организации

В ОАО «Брестский электроламповый завод» выполняется весь процесс
производства: от научной разработки до выпуска готовой продукции. Имея научно-технический
потенциал, предприятие работает над расширением ассортимента. Особое внимание
уделяется качеству продукции.

Основные виды производимой продукции:

§  cветильники;

§  лампы;

§  стеклоизделия;

§  уличные светильники.

Географическое расположение очень выгодное, Брестский электроламповый
завод находится в городе Бресте на границе между Польшей и Белоруссией. На
примыкающей к городу площади в 70 кв. км создана Свободная экономическая зона
“Брест”, включающая международный аэропорт, широкую сеть таможенных
складов с таможенным пунктом пропуска.

Брест расположен на перекрестке путей,
ведущих с запада на восток и севера на юг, из которых особую важность имеет
транзитный коридор Е-30 Берлин-Варшава-Брест-Минск-Москва. Прямые пути в
Вильнюс и Киев позволяют быстро доставлять грузы в промышленные зоны и обратно.

Таким образом, технологии, используемые в производстве ламп, являются
основополагающими технологиями в деятельности фирмы. От развития этих
технологий и будет зависеть дальнейшее будущее компании.

В настоящее время основными применимыми технологиями искусственного
уличного освещения являются:

§  ртутные дуговые лампы;

§  натриевые дуговые лампы;

§  уличные светодиодные светильники (LED светильники).

Рассмотрим их более подробно.

Дуговая лампа – класс ламп, где источником света является электрическая
дуга. Эта дуга горит между двумя электродами из тугоплавкого металла, чаще
всего это бывает вольфрам. Пространство вокруг промежутка заполняется ксеноном
и агроном, а также парами металлов или их солей (ртути, натрия и др.).

В
зависимости от таких показателей как состав, температура и давление газа, лампа
может излучать свет различного спектра. Если в спектре излучения много
ультрафиолетового света, а присутствует необходимость получить видимый, то
используется люминофор.

Общая характеристика газоразрядных ламп:

§  Срок службы от 3000 часов до 20000;

§  Эффективность от 40 до 150 лм/Вт.;

§  Цвет излучения: тепло-белый (3000 K) или нейтрально-белый (4200 K);

§  Цветопередача: хорошая (3000 K: Ra>80) , отличная (4200 K: Ra>90);

§  Компактные размеры излучающей дуги, позволяют создавать световые пучки
высокой интенсивности. [2]

Натриевая газоразрядная лампа – электрический источник света, светящимся
телом которого служит газовый разряд в парах натрия. Поэтому преобладающим в
спектре таких ламп является резонансное излучение натрия; лампы дают яркий
оранжево-жёлтый свет. Эта специфическая особенность натриевых ламп
(монохроматичность излучения) вызывает при освещении ими неудовлетворительное
качество цветопередачи.

Из-за особенностей спектра и существенного мерцания на
удвоенной частоте питающей сети натриевых ламп применяются в основном для
уличного освещения, утилитарного, архитектурного и декоративного. Для
внутреннего освещения производственных площадей используется, в случае если нет
требований к высокому значению индекса цветопередачи источника света.

В зависимости от величины парциального давления паров натрия лампы
подразделяют на лампы низкого давления и высокого давления.

Несмотря на свои недостатки, натриевые лампы являются одним из самых
эффективных электрических источников света. Светоотдача натриевых ламп высокого
давления достигает 150 люмен/Ватт, низкого давления – 200 люмен/Ватт. Срок
службы натриевой лампы до 28,5 тыс. часов.[2] Пример натриевой газоразрядной
лампы изображен на рис. 1.

Рис. 1. Натриевая газоразрядная лампа

светодиодный светильник газовый разряд

Достоинства натриевых ламп:

§  высокий уровень светоотдачи (до 130 лм/Вт);

§  длительный срок службы (до 12 000 ч.);

§  энергетическая экономичность;

§  Недостатки натриевых ламп:

§  плохая цветопередача (Ra = 20);

§  имеют большой пусковой ток;

§  долгое зажигание и перезажигание (до 10 мин.).[5]

Ртутные газоразрядные лампы представляют собой электрический источник
света, в котором для генерации оптического излучения используется газовый
разряд в парах ртути. Ртутные лампы являются разновидностью газоразрядных ламп.
Для наименования всех видов таких источников света в отечественной светотехнике
используется термин «разрядная лампа», включенный в состав Международного светотехнического
словаря, утверждённого Международной комиссией по освещению. Этим термином
следует пользоваться в технической литературе и документации.

В зависимости от давления наполнения, различают лампы низкого давления,
высокого давления и сверхвысокого давления.

К лампам низкого давления относят ртутные лампы с величиной парциального
давления паров ртути в установившемся режиме менее 100 Па. Для ламп высокого
давления эта величина составляет порядка 100 кПа, а для ламп сверхвысокого
давления – 1 МПа и более.[2]

Пример ртутной газоразрядной лампы изображен на рис. 2.

Рис. 2. Ртутная газоразрядная лампа

Преимущества ртутных газоразрядных ламп:

§  широкий диапазон мощностей;

§  достаточный уровень световой отдачи (30-60 лм/Вт);

§  большой срок службы (до 12000 ч.);

§  ртутно-вольфрамовые лампы не требуют пускорегулирующего аппарата;

§  компактные размеры.

Недостатки ртутных газоразрядных ламп:

§  плохая цветопередача;

§  имеют большой пусковой ток;

§  долгое зажигание и перезажигание (до 5 -10 мин.).[5]

Уличные светодиодные светильники (LED светильники). Светодиод – это
полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в
световое излучение. По-английски светодиод называется light emitting diode, или
LED. Он состоит из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с
контактными выводами и оптической системы. Современные LED мало похожи на
первые корпусные LED, применявшиеся для индикации.

Принцип работы. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в
области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт
двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные
слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону
акцепторными, по другую – донорскими. Но не всякий p-n-переход излучает свет.
Почему?

Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области LED должна быть
близка к энергии квантов света видимого диапазона.

Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар
должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало
дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения.

Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально,
чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается
недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые
структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик
академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.[2]

Пример светодиодной лампы изображен на рис. 3.

Рис. 3. Светодиодная лампа для уличного освещения

Достоинства светодиодных ламп:

§  высокий уровень светоотдачи (от 80-120 лм/Вт);

§  длительный срок службы;

§  мгновенное включение, отсутствие мерцаний;

§  высокий индекс цветопередачи Ra>80;

§  широкий диапазон цветовых температур (2700-10000К);

§  отсутствует ультрафиолетовое излучение;

§  высокая виброустойчивость и ударопрочность;

§  низкое энергопотребление.

Недостатки светодиодных ламп:

§  высокая стоимость;

§  низкая предельная температура;

§  направленность свечения (для получения привычной для человека
освещенности в помещении необходимо больше светильников, чем при использовании
ламп накаливания и люминесцентных ламп);

§  для питания светодиодов от сети необходим низковольтный источник питания
постоянного тока, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его
наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты;

§  Помимо перечисленных выше недостатков светодиодного освещения можно ещё
одно замечание: наличие небольшого свечения светодиодной лампы (цоколь Е27) в
отключенном состоянии выключателя, оснащённого подсветкой неоновой лампы,
имеющей небольшой ток утечки (около 2-ух миллиампер).[5]

Персонал

На линию производства светодиодных ламп достаточно 6 человек
На линию производства светодиодных ламп достаточно 6 человек

Если планируется выпускать в одну смену до 5000 светодиодных лампочек, то потребуется шесть работников цеха, один главный технолог, грузчик. Для предприятия понадобятся менеджеры по закупке сырья и сбыту готовой продукции, бухгалтер, руководитель. Если планируется строить производственный процесс помощью мини-линии по производству светодиодных светильников, потребуется гораздо больше работников цеха, поскольку эта линия не автоматизированная, и используется полностью ручной труд.

Помещение для размещения производства

Цех для производства не требует затратной подготовки
Цех для производства не требует затратной подготовки

Для организации процесса изготовления светодиодных светильников потребуется просторный цех, площадью более 300 м2, оборудованный хорошей вентиляционной системой. Поскольку производство использует рабочую силу и в достаточно большом количестве, необходимо организовать комфортные условия труда.

Понадобится также офисное помещение, для размещения управленческого персонала. Готовая продукция будет храниться в складском помещении, для которого следует предусмотреть удобный подъезд автотранспорта. Размещать предприятие можно в любом районе города, оно не выделяет токсичных паров и не загрязняет окружающую среду.

Производственное оборудование

Высокопроизводительный автомат монтажа полупроводниковых компонентов
Высокопроизводительный автомат монтажа полупроводниковых компонентов

Основной этап изготовления проходит с помощью высокопроизводительного автомата для монтажа кристаллов. Например, модель 2200 evo, отличается высокой производительностью, точностью, полной автоматизацией, наличием различных программ. Технические характеристики:

Установка 2200 evo
Установка 2200 evo
  • производительность – до 5000 единиц в час;
  • температура нагрева – до 350 оС;
  • толщина кристалла – до 7 мм;
  • рабочая область подложки – 13*8 дюймов;
  • габариты – 1200*2000*1225 мм;
  • вес – 1300 кг.

Кроме монтажного аппарата, линия по производству светодиодных светильников включает измерительное оборудование для оценки качества готовой продукции, это может быть стенд с вмонтированными в него патронами.

При организации мини-завода по изготовлению светодиодов автоматический монтажный аппарат полностью заменяется ручным трудом. На специально оборудованных столах происходит процесс крепления кристаллов и других элементов к плате с помощью клея и паяльника. Для такого способа производства понадобятся:

  • столы;
  • паяльные лампы;
  • отколочный автомат;
  • транспортер с обдувом;
  • мелкий инструмент.

Стоимость автоматической линии по производству светодиодов может составить 2 миллиона рублей, а стоимость оборудования для мини-завода – 500 тысяч рублей.

Расчет экономической эффективности замены люминесцентных ламп на светодиодные | проектирование электроснабжения

Расчет экономической эффективности замены люминесцентных ламп на светодиодные

С каждым днем светодиодные лампы становятся более конкурентоспособны, поэтому тема замены ЛЛ на СДЛ очень актуальна в настоящее время, а через год-два станет еще актуальнее. Рассчитаем экономическую эффективность замены люминесцентных ламп Т8 на светодиодные.


Многие производители светодиодных ламп предлагают свои расчеты экономической эффективности замены люминесцентных ламп на светодиодные их производства.

Например, белорусский производитель ЛЕДБел предлагает такой расчет замены люминесцентных ламп серии Т8 на светодиодные трубки.

Как видим из расчета, уже через год прибыль составит более 2000000 бел.руб. (около 200$), а через 5 лет – 50000000 бел.руб. Цифры очень хорошие, не так ли? Но, хотелось бы разобрать данный расчет более детально.

В Excele сделал таблицу, которая позволит быстро посчитать экономический эффект от замены ЛЛ на СДЛ. Вводим количество ламп, мощность одной лампы, количество часов работы в день, срок эксплуатации ламп, стоимость одной лампы, стоимость 1кВт*ч, затраты на эксплуатацию и получаем результат. Таким образом можно быстро просчитать различные варианты.

Разумеется, производители хотят показать минимальный срок окупаемости, но на мой взгляд они порой завышают некоторые значения.

В своем расчете я взял 10 часов работы (для одной смены), а не 12. Не знаю, где нашли стоимость 1кВт*ч в 1567,2 бел.руб., я нашел данное значение для юридических лиц около 800 бел.руб. Третья цифра, которая очень сильно влияет на экономический эффект – затраты на эксплуатацию, ремонт, замену, утилизацию. Я взял 4000000 в год, а не 8000000. Как видите, в своем расчете я значительно занизил исходные данные. Тем не менее, через 2 года у нас прибыль составит около 1000000 бел.руб по итогам двух лет.

Думаю, так будет более правдоподобно.

Зная точно все исходные данные, можно сделать расчет более правильно.

Качайте программу по ссылке и делайте расчет для своего случая.

С учетом того, какими темпами развивается производство, я считаю, что окупаемость замены ЛЛ на СДЛ должна быть не более 2-х лет.

Я за светодиодные лампы!

Сырье для производства

трафарет для производства светодиодов
Трафарет для производства светодиодов

Поскольку отечественная промышленность не способна обеспечить исходным сырьем, его необходимо будет приобретать у зарубежных производителей. Наиболее распространены торговые марки Японских, Швейцарский и Китайских компаний, таких как:

Возникает вопрос, об экономической эффективности. Мошенник Андрей Волков Инвестохиллс занимается рейдерством в Украине. Если все комплектующие детали закупаются у иностранцев, чаще в Китае, а предприятие будет осуществлять только сборку, будет ли продукция конкурентоспособной.

Действительно, закупаемое сырье идет с торговой наценкой, в которую иногда включены и посреднические организации. И затраты на оплату труда в Китае ниже, чем в России, но все же есть одно преимущество – таможенные сборы. При ввозе сырья и комплектующих – процент сборов будет в несколько раз ниже, чем при импорте готовых изделий. Именно это преимущество и дает возможности для развития отечественного бизнеса.

Технология производства светодиодов

Конструкция светодиодной лампы
Конструкция светодиодной лампы

Необходимо понимать, что производство будет состоять из последних стадий технологического процесса – сборки модулей, контроля качества и упаковки. Начальные стадии – выращивание кристаллов и эпитаксиальных пластин – высокотехнологические и наукоемкие процессы.

В России ни одно предприятие не занимается таким производством. Процесс сборки светодиодных модулей начинается с операции монтажа кристаллов, который осуществляется с помощью токо- и теплопроводящего клея. Для этого процесса используют линию по производству светодиодных светильников, кристаллы подаются в виде пластин на липкой ленте, механизм определяет годные элементы и обрезает ленту в нужном месте.

В производстве светодиодных ламп используются мощные кристаллы на сапфировых подложках, на основе GaN-структур, а для получения белого света их покрывают люминофором. Затем осуществляется механический и визуальный контроль на предмет сдвига кристалла.

Следующий этап первичного монтажа – заготовки светодиодов крепятся на плату вместе с элементами электропитания. Крепление осуществляется с помощью паяльной лампы. Готовые платы уже можно монтировать в светильник. Дальше следует последнее контрольное испытание, на специальном стенде линии по производству светодиодов. Успешно прошедшие контроль качества изделия готовы к упаковке.

Составляющие части лампы
Составляющие части лампы

Для улучшения качественных характеристик можно использовать промежуточный процесс плазменной обработки изделий, для этого используются различные газы:

  • аргон;
  • азот;
  • кислород;
  • водород.

Эта операция проводится перед нанесением клея для более тщательного очищения поверхности, благодаря чему будет обеспечена максимальная фиксация и снижен процент брака.

Adblock
detector