СОДЕРЖАНИЕ1.ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ................................5

2.ВВЕДЕНИЕ................................................6

2.1Сердечно-сосудистые заболевания.....................8

2.2Аритмии.............................................8

2.3Анатомические основы ЭКГ...........................10

2.4Биофизические основы ЭКГ...........................13

2.5Описание основных зубцов и интервалов ЭКГ..........17

2.6Обзор существующих систем для кардиотелеметрии.....23

2.6.1Кардиоджет.......................................23

2.6.2HeartView 12L....................................23

2.6.3Сравнение технических характеристик..............23

2.7Разработка БТС.....................................25

2.8Определение назначения БТС и ее класса.............27

2.9Требования, предъявляемые к БТС....................27

2.10Связи между компонентами БТС......................27

2.11Цели и задачи.....................................29

2.12Разработка МТТ АМС для электрокардиографии с каналом

передачи данных по сети Интернет......................29

2.13Разработка структурно-функциональной схемы АМС....30

2.14Разработка принципиальной схемы...................35

2.14.1Разработка блока обработки сигнала..............35

2.14.2Разработка блока усиления сигнала...............36

2.14.3Разработка блока аналоговой фильтрации..........36

2.14.4Разработка блока питания........................37

1

2.15Разработка программного обеспечения для передачи

данных и обработки сигнала электрокардиографической АМС

......................................................39

2.15.1Разработка требований к ПО......................39

2.15.2Функциональные требования.......................39

2.15.3Нефункциональные требования. ...................40

2.15.4Требования предметной области...................41

2.15.5Требования к ПО.................................41

2.15.6Выбор технологий разработки.....................42

2.15.7Разработка алгоритма передачи данных............43

2.15.8Разработка базы данных..........................44

2.15.9Разработка алгоритма обработки ЭКГ сигнала......45

2.16Тестирование разработанного программного обеспечения

......................................................47

2.17Введение..........................................51

2.18Выбор и обоснование типа печатной платы...........53

2.19Выбор и обоснование класса точности...............54

2.20Выбор материала основания печатной платы..........54

2.21Компоновка, размещение и установка ЭРЭ и ИМС на

плате.................................................56

2.22Выбор и обоснование метода изготовления печатной

платы.................................................57

2.23Выбор защитного покрытия печатной платы...........59

2.24Технологический процесс сборки печатной платы.....59

2.25Анализ конструкции комплекса......................65

2.26Обоснование необходимости разработки АМС..........67

1.1Расчет размера инвестиций для проектирования и

внедрения АМС.........................................67

2

2.26.1Определение стоимости и длительности КПП и ТехПП 68

2.26.2Определение затрат на оплату труда..............69

2.26.3Определение трудоёмкости работ по проектированию

АМС...................................................70

2.26.4Определение трудоемкости отдельных этапов работ по

проектированию (КПП и ТехПП) АМС......................71

2.26.5Затраты на оплату труда на этапе разработки

рабочей документации..................................71

2.26.6Определение количества исполнителей.............72

2.26.7Определение разрядов исполнителей и их заработной

платы.................................................72

2.26.8Калькуляция затрат на проектирование системы . . .73

2.26.9Определение длительности ТПП....................74

2.26.10Определение суммарной стоимости проектных работ 74

2.27Расчет стоимости производства и реализации годового

объема выпуска АМС....................................74

2.27.1Калькуляция себестоимости одной единицы продукции

......................................................74

2.27.2Затраты на комплектующие........................75

2.27.3Определение расходов на оплату труда............75

2.27.4Отчисления во внебюджетные фонды................75

2.27.5Затраты на эксплуатацию и содержание оборудования

......................................................76

2.27.6Расчет затрат на освоение новых конструкций и

организацию новых производств.........................77

2.27.7Расчет стоимости производства и реализации АМС. .77

2.27.8Анализ динамики прибыли.........................78

3

2.28Анализ опасных и вредных факторов, воздействующих на

о б с л е д у е м о г о в о в р е м я п р о в е д е н и я

электрокардиографических исследований.................80

2.29Расчет освещенности в помещении для проведения

электрокардиографических исследований [38]............86

2.29.1Требования к освещению помещений................87

2.29.2Выбор типа источника света......................89

2.29.3Выбор вида светильника..........................89

2.29.4Выбор вида ламп.................................90

2.29.5Определение удельной мощности...................90

2.29.6Определение количества светильников.............90

2.29.7Определение расположения светильников...........91

2.30Утилизация сопуствующих материалов при проведении

исследований в клинических условиях...................91

2.30.1Общие правила организации системы сбора,

временного хранения и транспортирования отходов в ЛПУ. 92

2.30.2Эффективная система утилизации медицинских отходов

......................................................93

3.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................96

4.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................97

5.ПРИЛОЖЕНИЕ А..........................................101

6.ПРИЛОЖЕНИЕ Б..........................................108

7.ПРИЛОЖЕНИЕ В..........................................119

4

1. ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

АМС – автоматизированная медицинская система

АРМ – автоматизированное рабочее место

БО – биологический объект

БТС – биотехническая система

ВДТ – видеотерминал

ВОЗ – всемирная организация здравоохранения

ВЧ ПРА - высокочастотные пускорегулирующие аппараты

ДПП – двухсторонняя печатная плата

ИБС – ишемическая болезнь сердца

ИМС – интегральная микросхема

МРОТ – минимальный размер оплаты труда

МТТ – медико-технические требования

НСОТ – новая система оплаты труда

ОУ – операционный усилитель

ПК – персональный компьютер

ПмК – пейсмейкерные клетки

ПП – печатная плата

СА-узел - синоатриальный узел

СУБД – система управления базами данных

ЧСС – частота сердечных сокращений

ЭВМ – электронно-вычислительная машина

ЭДС – электродвижущая сила

ЭКГ – электрокардиография

ЭРЭ – электронный радиоэлемент

HTTP - HyperText Transfer Protocol

TCP - Transmission Control Protocol

USB – Universal Serial Bus

5

2. ВВЕДЕНИЕ

Биоэлектрические процессы в организме широко используются

в медицине как источник диагностической информации о

состоянии и деятельности тканей и органов. Современная

диагностика сердечных заболеваний не может обойтись без

электрокардиографического исследования, представляющего

собой анализ зарегистрированной кривой изменения

биопотенциалов сердца.

За последние несколько лет стремительное развитие в

Европе стал получать дистанционный анализ ЭКГ. Для передачи

ЭКГ используется портативный электрокардиограф

(кардиопейджер). Данный аппарат способен с высокой степенью

точности улавливать биоэлектрические сигналы организма.

Кардиотелеметрия может помочь пациентам, страдающим

ишемической болезнью или стенокардией; пациентам,

перенесшим инфаркт миокарда и операцию аорто-коронарного

шунтирования; больным со злокачественными нарушениями

сердечного ритма и проводимости; больным с редкими

нарушениями ритма, которые трудно зарегистрировать при

обычном ЭКГ анализе и традиционном суточном мониторировании

ЭКГ.

С помощью такого прибора, пациент может самостоятельно

снять себе ЭКГ в домашних условиях всего за несколько минут

и посредством мобильного или стационарного телефона

передать данные в отделение функциональной диагностики.

В связи с постоянным развитием информационных технологий

появляются новые возможности для обмена информацией. Одной

из таких возможностей является глобальная сеть Интернет.

Основной целью данной работы является проектирование и

разработка АМС для электрокардиографии с каналом передачи

данных по сети Интернет. Данная система позволит

осуществлять съем ЭКГ пациентом самостоятельно в домашних

условиях и оперативно передавать данные врачу.

6

В рамках системы необходимо разработать устройство для

съема сигнала (электрокардиограф), программное обеспечение

для обмена информацией, программное обеспечение для

визуализации и облегчения анализа полученных данных.

Разработанный электрокардиограф должен удовлетворять

всем современным требованиям по: безопасности, надежности,

техническим требованиям и его себестоимость должна быть

ниже, чем у современных аналогов.

7

1 МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Сердечно-сосудистые заболевания

В результате проведенных Всемирной организацией

здравоохранения исследований были получены данные,

позволяющие говорить о причинах преждевременной смерти

жителей нашей планеты. Среди многих причин была выявлена

основная – заболевания сердечно-сосудистой системы.

Ежегодно от болезней сердца умирают около 17 миллионов

человек, что составляет примерно 29 % всех случаев смерти.

Так, например, 7,2 миллионов человек умирают от ишемической

болезни сердца.

Из 17 миллионов человек, умерших за год от сердечно-

сосудистых заболеваний, в России скончалось около 1,3

миллиона. По данным Федеральной службы государственной

статистики, за 2011 год в России умерло 1437,3 человек на

100 тысяч населения [1].

Если рассматривать причины смертности, то надо сказать,

что 56,9 % пришлось на сердечно-сосудистые заболевания

(рисунок 1.1).

По подсчетам ВОЗ, к 2030 году от сердечно-сосудистых

заболеваний ежегодно будут умирать около 23,6 миллионов

человек, то есть единственной основной причиной смертности

по-прежнему будут болезни сердца.

Рисунок 1.1 - Распределение умерших по причинам смерти

2.2 Аритмии

8

Аритмии – одна из групп заболеваний сердечно-сосудистой

системы, требующих постоянного мониторинга.

Аритмия сердца — патологическое состояние, при котором

п р о и с х о д и т н а р у ш е н и я ч а с т о т ы , р и т м и ч н о с т и и

последовательности возбуждения и сокращения сердца. Аритмия

— любой ритм сердца, отличающийся от нормального

синусового. То есть при таком патологическом состоянии

нарушается нормальная сократительная активность сердца, что

может привести к целому ряду серьёзных осложнений. Термин

«аритмия» объединяет различные по механизму, клиническим

проявлениям и прогностическому значению нарушения

образования и проведения электрического импульса. В обычной

жизни, когда с сердцем все в порядке, человек, как правило,

не ощущает его биения, не воспринимает его ритма. А при

появлении аритмии явно чувствуются перебои, замирание

сердца либо резкое хаотическое сердцебиение.

Под влиянием одного или нескольких этиологических

факторов нарушается одна или несколько функций сердца:

автоматизм (автоматическая генерация импульсов

кардиомиоцитами водителем ритма)

возбудимость (способность кардиомиоцитов генерировать

потенциал действия в ответ на раздражение)

проводимость (проведение импульса по проводящей

системе сердца)

с о к р а т и м о с т ь ( с о к р а щ е н и е с о к р а т и т е л ь н ы х

кардиомиоцитов)

рефрактерность (электрическая инертность КМЦ некоторое

время после проведения импульса, не допускающая возврат

проведенного импульса и наложение последующего)

абберантность (возможность проведения импульса по

дополнительным путям проводящей системы сердца)

9

Так, наиболее известными механизмами нарушений

возбудимости (экстрасистолий, пароксизмальных тахикардий)

являются:

неравномерная реполяризация миокарда

увеличение амплитуды следовых потенциалов

увеличение автоматизма гетеротопных очагов

В основе аритмии лежит изменение условий формирования

возбуждения сердечной мышцы или аномалия путей его

распространения. Аритмии могут быть вызваны как

функциональными нарушениями, так и тяжёлыми органическими

поражениями сердца. В некоторых случаях причиной нарушений

сердечного ритма являются врождённые особенности проводящей

системы сердца. Определённую роль в возникновении аритмии

играет состояние нервной системы. Например, психическое,

эмоциональное напряжение вызывает изменения в темпе, а

зачастую — и в ритме сердечных сокращений, в том числе, и

здоровых людей. Аритмия нередко возникает у людей с

заболеваниями центральной и вегетативной нервной системы.

Разные заболевания, сопровождающиеся нарушением

анатомической структуры сердца или происходящих в нем

обменных процессов, вызывают различные по продолжительности

и характеру виды аритмии, и установить диагноз может только

врач, выводы которого основываются на клинико-

электрокардиографических данных [2].

Лечение аритмий представляет собой одну из самых сложных

проблем современной кардиологии. Многие опытные кардиологи

вообще считают аритмологию наиболее сложной частью

кардиологии.

Для диагностики аритмий применяются различные методы.

Электрокардиография является самым доступным методом,

позволяющим получать ценную информацию о ритме сердца и

перенесенных заболеваниях.

2.3 Анатомические основы ЭКГ

10

Сердце - полный мышечный орган, разделенный продольной

перегородкой на две половины: левую артериальную и правую

венозную. Поперечная перегородка делит каждую половину

сердца на два отдела: предсердие и желудочек. Сердце

выполняет определенные функции: автоматизма, возбудимости,

проводимости и сократимости.

Автоматизм - способность проводящей системы сердца

самостоятельно вырабатывать импульсы. В наибольшей степени

функцией автоматизма обладает синусовый узел (центр

автоматизма первого порядка). В покое в нем вырабатывается

от 60 до 80 импульсов в минуту. При патологии источником

ритма может быть атриовентрикулярный узел (центр

автоматизма второго порядка), он вырабатывает от 40 до 60

импульсов в минуту. Функцией автоматизма обладает и

проводящая система желудочков (идиовентрикулярный ритм).

Однако в минуту вырабатывается всего от 20 до 50 импульсов

(центр автоматизма третьего порядка).

Возбудимость - способность сердца отвечать сокращением на

внутренние и внешние раздражители. В норме возбуждение и

сокращение сердца возникают под влиянием импульсов из

синусового узла.

Импульсы могут быть не только номотопные (из синусового

узла), но и гетеротопные (из других участков проводящей

системы сердца). Если сердечная мышца находится в состоянии

возбуждения, она не отвечает на другие импульсы (абсолютная

или относительная рефракторная фаза).

Проводимость. Возникнув в синусовом узле, импульс

распространяется ортоградно по миокарду предсердий, затем

через атриовентрикулярный узел, пучок Гиса, проводящую

систему желудочков. Внутрижелудочковая проводящая система

включает правую ножку пучка Гиса, основной ствол левой

ножки пучка Гиса и две его ветви, переднюю и заднюю, и

11

заканчивается волокнами Пуркинье, которые передают импульс

на клетки сократительного миокарда [1].

Рисунок 1.1 – Сердце человека

12

2.4 Биофизические основы ЭКГ

В электрофизиологическом отношении клеткам миокарда

свойственны три чередующихся состояния: покой, или

поляризация, возбуждение, или деполяризация, и

восстановление потенциала покоя, или реполяризация. Каждое

из них связано с ритмичной перезарядкой внутри- и

внеклеточной среды вследствие чрез-мембранной миграции

ионов К+, Nа+, Са++, и Сl-. Будучи строго упорядоченной,

она создает конкретную ионную основу трансмембранного

потенциала в разные фазы электрической эволюции клетки

(трансмембранный потенциал измеренный в милливольтах - ток

между наружной и внутренней сторонами клеточных мембран,

которые всегда имеют противоположный по знаку заряд).

Поскольку на практике отведение токов сердца

осуществляется с поверхности тела, для регистрации доступны

лишь те электрические явления, которые проистекают на

внешней стороне мембран миокардиоцитов. Они интересуют нас

в первую очередь.

В покое все клеточные мембраны поляризованы таким

образом, что их наружная сторона, а значит, поверхность

одиночных мышечных волокон и миокарда в целом заряжены

положительно, т.е. - разность потенциалов как непременное

условие появления тока отсутствует.

Деполяризация, или активация клетки под влиянием

электрического импульса, приводит к перезарядке мембран:

внешняя сторона возбужденного участка (клетки, волокна,

всего миокарда) приобретает отрицательный заряд. Его

появление и стремительное распространение, сопровождающееся

нейтрализацией положительного заряда покоя, создает

разность потенциалов и формирует электродвижущую силу - ток

деполяризации. По завершении деполяризации разность

потенциалов исчезает, так как вся поверхность миокарда

становится электроположительной.

13

Сущность реполяризации заключается в восстановлении

исходного потенциала (потенциал покоя) и готовности к

оч е р е д но м у в о з бу ж д е н ию , т . е . в во с с т а но в л е н ии

положительного заряда внешней стороны клеточных мембран.

Постепенное замещение им отрицательного заряда вновь

создает ЭДС - на этот раз ток реполяризации.

С учётом законов физики, де - и реполяризация являют

собой типичные примеры диполя, который подразумевает

сосуществование и перемещение двух равных по величине, но

разных по знаку зарядов, находящихся на бесконечно малом

расстоянии друг от друга.

Под влиянием импульса возбуждения в сердце начинает

функционировать бесчисленное количество микродиполей

одиночных мышечных волокон - элементарных источников ЭДС.

Суммируясь, они образуют все более укрупняющиеся

макродиполи отдельных фрагментов миокарда, камер сердца и в

конечном итоге образуют единый сердечный диполь и ЭДС всего

сердца.

Свойством генерировать электрический импульс возбуждения

наделены специализированные, так называемые пейсмекерные

клетки проводящей системы сердца. Способность к

самоактивации, известная под названием автоматизма,

принципиально отличает их от сократительных клеток

миокарда. Последние, обладая возбудимостью, активизируются

только под влиянием импульсов, исходящих из ПмК.

Наивысший автоматизм присущ синоатриальному узлу, который

подавляя более низкие автоматические потенции подлежащих

ПК, в норме выступает в качестве водителя ритма или центра

автоматизма I порядка. Нижерасположенные ПмК - в

предсердиях, атриовентрикулярном соединении и желудочках -

выступают как пассивные проводники возбуждения. В

физиологическом смысле они являются резервными источниками

14

импульсообразования, или центрами автоматизма II и III

порядка.

Стартовав в СА-узле, импульс возбуждения активирует

вначале правое, затем левое предсердия и после небольшой

задержки в атриовентрикулярном соединении по системе Гиса

передается желудочкам. На их территории раньше всего

деполяризуется межжелудочковая перегородка, причем первыми

получают отрицательный заряд ее отделы, обращенные к левому

желудочку. Следовательно, возбуждение охватывает

перегородку слева направо. Далее электрический импульс

достигает стенок желудочков. Их деполяризация начинается с

внутренней субэндокардиальной области, где ветвятся

терминалы проводящей системы - волокна Пуркинье, и

распространяется к эпикарду (рисунок 1.2). Таким образом,

возбуждение стенок желудочков происходит в направлении

изнутри кнаружи.

Рисунок 1.2 - Фазы деполяризации желудочка

В целом прослеживается следующая генеральная тенденция

деполяризации миокарда - сверху вниз и справа налево. После

окончания деполяризации, в финале которой происходит

сокращение желудочков, начинается процесс реполяризации

(рисунок 1.3) [2].

15

Рисунок 1.3 - Процессы деполяризации и реполяризации

камер сердца

16

2.5 Описание основных зубцов и интервалов ЭКГ

Прохождение импульса по проводящей системе сердца

графически записывается по вертикали в виде пиков —

подъемов и спадов кривой линии. Эти пики принято называть

зубцами электрокардиограммы и обозначать латинскими буквами

P, Q, R, S и T.

Помимо регистрации зубцов, на электрокардиограмме по

горизонтали записывается время, в течение которого ипульс

проходит по определенным отделам сердца. Отрезок на

электрокардиограмме, измеренный по своей продолжительности

во времени (в секундах), называют интервалом (рисунок 1.4).

Рисунок 1.4 – Лента ЭКГ: зубцы и интервалы

Электрический потенциал, выйдя за пределы синусового

узла, охватывает возбуждением прежде всего правое

предсердие, в котором находится синусовый узел.

Так на ЭКГ записывается пик возбуждения правого

предсердия.

17

Рисунок 1.5 – Пик возбуждения правого предсердия

Далее, по проводящей системе предсердий, а именно по

межпредсердному пучку Бахмана, электроимпульс переходит на

левое предсердие и возбуждает его. Этот процесс

отображается на ЭКГ пиком возбуждения левого предсердия.

Его возбуждение начинается в то время, когда правое

предсердие уже охвачено возбуждением (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 – Пик возбуждения левого предсердия

О т о б р а ж а я в о з б у ж д е н и я о б о и х п р е д с е р д и й ,

электрокардиографический аппарат суммирует оба пика

возбуждения и записывает графически на ленте зубец Р.

18

Рисунок 1.7 – Зубец P

Таким образом, зубец Р представляет собой суммационное

отображение прохождения синусового импульса по проводящей

системе предсердий и поочередное возбуждение сначала

правого (восходящее колено зубца Р), а затем левого

(нисходящее колено зубца Р) предсердий.

Одновременно с возбуждением предсердий импульс, выходящий

из синусового узла, направляется по нижней веточке пучка

Бахмана к атриовентрикулярному (предсердножелудочковому)

соединению. В нем происходит физиологическая задержка

импульса (замедление скорости его проведения). Проходя по

атриовентрикулярному соединению, электрический импульс не

вызывает возбуждения прилежащих слоев, поэтому на

электрокардиограмме пики возбуждения не записываются.

Регистрирующий электрод вычерчивает при этом прямую линию,

называемую изоэлектрической линией.

Оценить прохождение импульса по атриовентрикулярному

соединению можно во времени (за сколько секунд импульс

проходит это соединение). Так получается интервал P-Q

(рисунок 1.7).

19

Рисунок 1.7 – Интервал P-Q

Продолжая свой путь по проводящей системе сердца,

электрический импульс достигает проводящих путей

желудочков, представленных пучком Гиса, проходит по этому

пучку, возбуждая при этом миокард желудочков.

Этот процесс отображается на электрокардиограмме

формированием (записью) желудочкового комплекса QRS.

Следует отметить, что желудочки сердца возбуждаются в

определенной последовательности.

Сначала, в течение 0,03 с возбуждается межжелудочковая

перегородка. Процесс ее возбуждения приводит к формированию

на кривой ЭКГ зубца Q.

Рисунок 1.8 – Возбуждение межжелудочковой перегородки

(зубец Q)

20

Затем возбуждается верхушка сердца и прилегающие к ней

области. Так на ЭКГ появляется зубец R. Время возбуждения

верхушки в среднем равно 0,05 с (рисунок 1.9).

Рисунок 1.9 – возбуждение верхушки сердца (зубец R)

И в последнюю очередь возбуждается основание сердца.

Следствием этого процесса является регистрация на ЭКГ зубца

S (рисунок 1.10). Продолжительность возбуждения основания

сердца составляет около 0,02 с.

Рисунок 1.10 – Возбуждение основания сердца (зубец S)

Охватив возбуждением желудочки, импульс, начавший путь из

синусового узла, угасает, потому что клетки микарда не

могут долго "оставаться возбужденными. В них начинаются

процессы восстановления своего первоначального состояния,

бывшего до возбуждения.

21

Процессы угасания возбуждения и восстановление исходного

состояния миокардиоцитов также регистрируются на ЭКГ.

Процессы реполяризации отображаются графически на ЭКГ

отрезком S—Т и зубцом Т (рисунок 1.11) [5].

Рисунок 1.11 – Процессы возбуждения и реполяризации

миокарда

22

2 ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ЧАСТЬ

2.6 Обзор существующих систем для кардиотелеметрии

2.6.1 Кардиоджет

Электрокардиограф представляет из себя устройство по

размеру не более компьютерной мыши.

С помощью «Кардиоджет» пациент, почувствовав первые

признаки недомогания, может самостоятельно записать

полноценную электрокардиограмму. Используя любой телефон

- мобильный или станционарный, в любой точке мира,

электрокардиограмма передается в кардиотелеметрический

центр [6].

Особенности:

– Диапазон рабочих частот: от 0,05 до 100 Гц;

– Диапазон регистрируемых напряжений: от 0,03 до 5 мВ;

– Количество отведений: 12;

– Габаритные размеры: 120х75х65 мм;

– Масса: 230 г;

– Общее время снятие ЭКГ не более 60 сек;

– Питание: 3В (2 батарейки типа АА);

2.6.2 HeartView 12L

HeartView позволяет передавать полные данные ЭКГ из

любого места и в любое время. Записанное ЭКГ передается по

телефону через акустическое соединение к принимающей

станции. Так же присутствует цифровой вариант передачи

данных [7].

Особенности:

– Диапазон рабочих частот: от 0,05 до 150 Гц;

– Диапазон регистрируемых напряжений: от 0,03 до 5 мВ;

– Количество отведений: 12;

– Габаритные размеры: 120х60х25 мм;

– Масса: 180 г;

2.6.3 Сравнение технических характеристик

23

Таблица 2.1 - Сравнение существующих электрокардиографов.

Электрокардиограф Кардиоджет HeartView 12L

Регистрация данных 12 отведений 12 отведений

Диапазон частот, Гц от 0,05 до 100 от 0,05 до 150

Габаритные размеры, мм 120х75х65 120х60х25

Масса, г 230 180

Способ передачи данных По телефонуПо телефону и по

сети Интернет

Диапазон напряжений, мВ от 0,03 до 5 от 0,03 до 5

Цена, р ~ 24 000 ~ 40 000

24

2.7 Разработка БТС

Синтез БТС начинается с формирования целей и задач,

решаемых системой. При синтезе БТС необходимо учесть три

основных принципа: принцип целеполагания, адекватности и

идентификации [8].

a) Принцип целеполагания

Синтез БТС начинается с формирования целей и задач,

решаемых системой. Под целевой функцией для рассматриваемой

БТС будем понимать медицинские требования описанные в

м е д и к о - т е х н и ч е с к и х т р е б о в а н и я х , к о т о р ы е б у д у т

сформулированы далее.

b) Принцип идентификации

Этот принцип требует единства информационных и

управляющих сигналов, с помощью которых производится

вещественный, энергетический или информационный метаболизм

внутри БТС. При этом необходимо наличие дискретной обратной

связи через врача-оператора.

c) Принцип адекватности

Для БТС диагностического типа требуется выполнение

условия минимума потока энтропии в БО со стороны

технического звена. Это означает, что техническая система

должна вносить минимально возможные искажения в значения

оцениваемых параметров биообъекта, т.е. минимально

возможные систематические и случайные ошибки.

Адекватность воздействия предполагает взаимное

согласование параметров и характеристик технических и

биологических элементов. Единство информационной среды

означает однородность информационных потоков, циркулирующих

в системе.

Параметры взаимодействующих с объектом полей не должны

превышать физиологический диапазон (адаптацию биообъекта).

Если параметры взаимодействующих полей превысят предел

адаптации, то возможен переход биообъекта в патологическое

25

состояние. Если же параметры биообъекта превысят адаптацию

технических элементов, то БТС не способна правильно понять

и выбрать тактику. Т.е. адаптация должна быть

двухконтурная.

В данной работе речь идёт о диагностической системе,

поэтому в данном случае следует говорить о том, что

воздействие на биологические ткани не должно нарушать

биологическую интактность объекта измерений, т.е. не должно

оказывать стимулирующий эффект на кожные структуры,

приводящие к изменению состояния объекта.

26

2.8 Определение назначения БТС и ее класса

БТС, разрабатываемая в данной работе, предполагает

проведения диагностических исследований для оценки

функционального состояния человека. Таким образом, система

относится к классу диагностических систем.

Схема, определяющая местоположение данной БТС в

иерархическом древе классов техники показана на рисунке 2.1

[9]:

Рисунок 2.1 - Местоположение БТС в древе классов

2.9 Требования, предъявляемые к БТС

На основе структуры строения биообъекта, а также его

электрических свойств сформулируем основные требования к

БТС. Разрабатываемая БТС предназначена диагностики

сердечно-сосудистых заболеваний. Система должна

обеспечивать измерение ЭКГ, а также хранение, передачу и

обработку полученных данных.

Требования, предъявляемые к блоку измерения ЭКГ:

Полоса частот измеряемого биосигнала: от 0,05 до 100 Гц

Динамический диапазон биосигнала: от 0 до 20 мВ

Требования, предъявляемые к блоку передачи данных:

Протокол передачи: TCP/IP

Частота передаваемого сигнала: от 0,05 до 50 Гц

Связь с компьютером: по каналу USB

2.10 Связи между компонентами БТС

Схема БТС отражает взаимодействие всех составляющих её

частей.

Для создания БТС необходимо выбрать связи, посредством

которых будут соединены компоненты БТС. Существует

несколько видов связей:

27

– энергетические;

– информационные;

– вещественные;

– смешанные.

В данной БТС электрод, блок аналоговой обработки сигнала

и блок цифровой обработки сигнала образуют измерительный

преобразователь, который регистрирует и преобразовывает

сигнал с БО (энергетическая связь), а затем передает уже

цифровой электрический сигнал через преобразователь

интерфейсов на компьютер (информационная связь). Далее

компьютер через систему передачи данных отправляет данные

на удаленный сервер, где происходит сохранение и обработка

исходного сигнала. После этого данные поступают на

компьютер врача-оператора, где происходит визуализация

данных через программное обеспечение.

Структурная схема БТС представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Схема БТС

28

2.11 Цели и задачи

Основной задачей разрабатываемой системы является

измерение и передача сигнала ЭКГ по общедоступному каналу

связи. В качестве подобного канала была выбрана глобальная

сеть Интернет. Данный выбор обусловлен широкой доступностью

канала для общественности и большими техническими

возможностями сети для обмена информацией.

Так как данная сеть является сетью общего пользования, то

возникает задача шифрования передаваемой информации, для

предотвращения возможности утечки конфиденциальных данных.

Для обмена данными необходимо разработать программное

обеспечение, блок приема данных на удаленном компьютере и

блок передачи данных для компьютера на который происходит

съем.

Для анализа данных необходимо разработать алгоритм и

программное обеспечение, которое позволит производить

анализ в режиме реального времени или анализ сохраненных

данных сигнала.

Для хранения информации об исходных сигналах,

проанализированных сигналах, устройствах и пациентов

необходимо разработать базу данных.

В качестве устройства для съема должен быть разработан

портативный электрокардиограф.

2.12 Разработка МТТ АМС для электрокардиографии с

каналом передачи данных по сети Интернет

Разработанные МТТ приведены в приложении А [10].

29

3 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.13 Разработка структурно-функциональной схемы АМС

Проектируемое устройство должно обеспечивать измерение

электрической активности сердечной мышцы.

Одним из требований к АМС является её компактность,

питание от персонального компьютера. Данное требование

накладывает ограничение на все элементы АМС по питания,

т . к . п о р т USB современного компьютера обеспечивает

напряжение 5 В при максимальном токе потребления 500 мА. В

связи с этим, все элементы ограничиваются по питанию

пределом +5 В.

На рисунке 3.1 представлена предлагаемая функциональная

схема проектируемого устройства.

Рисунок 3.1 – Структурно-функциональная схема

проектируемого устройства

30

Проанализируем отдельно каждый её блок:

а) Система электродных датчиков

АМС предназначена для измерения электрических потенциалов

с поверхности тела человека. Частотный диапазон измеряемых

сигналов находится в диапазоне от 0.1 до 100 Гц. От

электродов требуется высокая стабильность их характеристик

во времени. В соответствии с этим выбираются одноразовые

серебряно-хлорсеребряные электроды. Так как для данных

электродов потенциал поляризации в целом стабилен в течение

длительного времени, то в последствии он может быть легко

удален при помощи фильтрации постоянной составляющей

измеряемого напряжения [11].

б) Инструментальный усилитель

Амплитуда входного сигнала сверху ограничена 20 мВ. Для

увеличения точности измерений и удобства анализа требуется

усиление. Кроме того, данный блок должен обеспечивать

согласование биообъекта и АМС по сопротивлению. Данное

условие диктует наличие высокого входного сопротивления у

усилителя, малые входные токи.

в) Блок фильтрации

Разработка данной АМС предполагает широкое использование

цифровой фильтрации при обработке измеренного сигнала.

Одной из причин такого подхода является тот факт, что нет

точных рамок на частотный диапазон входного сигнала. От

блока фильтрации требуется, в основном, подавление

аддитивных помех от промышленной сети.

г) Аналогово-цифровой преобразователь

31

Данный блок осуществляет оцифровку входного аналогового

сигнала для последующей передачи на ПК и обработки. Единым

требованием для всей АМС является высокая точность

измерений. Для обеспечения высокой точности требуется АЦП с

большой разрядностью. В то же время, измеряемый сигнал

является низкочастотным. Поэтому в структуре АМС можно

использовать сигма-дельта АЦП. Преимуществом данного выбора

является большая разрядность данных устройств (до 24 бит).

Низкая верхняя граничная частота входного сигнала позволяет

при частоте АЦП около 1 МГц значительно снизить помехи

квантования и увеличить эффективную разрядность цифрового

сигнала на выходе АЦП.

д) Микроконтроллер

АМС должна подключаться к персональному компьютеру. Для

передачи данных от АЦП к ПК требуется микроконтроллер. Так

же в его задачи входит управление АЦП. Прочих требований к

микроконтроллеру не предъявляется, что означает возможность

использования как можно более простых и малопотребляющих

представителей данного семейства микроэлектронных

устройств. В результате выбор можно ограничить 8-битными

микроконтроллерами.

е) Преобразователь COM – USB

Данный компонент должен осуществлять сопряжение

микроконтроллера с персональным компьютером.

ж) Блок питания

Данный элемент АМС обеспечивает энергией все

вышеописанные компоненты. Исходя из требований к питанию от

ПК: 5В, данный блок должен обеспечивать преобразование

данного напряжения в соответствующие напряжения питания для

всех элементов, стабилизацию этих выходов. Одним из важных

32

компонентов блока питания должен быть источник опорного

напряжения для АЦП.

Таким образом, устройство должно обеспечивать стабильный

уровень выходного напряжения с определенной амплитудой и

требуемым диапазоном частоты с определённым периодом

времени.

з) Интерфейс сопряжения

Данный интерфейс необходим для передачи данных от

устройства съема к рабочей станции. Главное требование –

обеспечение сохранности и неизменности данных при передаче.

и) Сетевой интерфейс

Данный компонент необходим для передачи полученных данных

по сетям общего пользования. Требованием к сетевому

интерфейсу является стабильность канала передачи данных и

минимальная скорость передачи данных порядка 1 мб/с.

к) Интерфейс визуализации

Компонент, предоставляющий визуальное отображение

измеренных или обработанных данных. Интерфейс должен дать

возможность быстро получить необходимые данные и работать

на любом устройстве с возможностью выхода в интернет.

л) Модуль регистрации сигнала

Модуль осуществляет прием сигнала от устройства и

сохранение его в базу данных на сервере. Единственным

требованием к данному модулю является обеспечение

сохранности целостности и неизменности данных.

м) Модуль обработки сигнала

Модуль необходим для проведения первичного анализа

сигнала и сохранения результатов в базу данных. Модуль

33

должен обеспечивать высокую точность анализа и не нарушать

сохранность исходных данных.

н) Модуль контроля подключения

Модуль необходим для предотвращения несанкционированного

доступа к серверу и для поддержания постоянного соединения

с прибором во время приема данных.

о) База данных сигналов и результатов их обработки

Предназначена для хранения полученных данных в исходном

виде и обработанных данных. Основными требованиями к базе

являются защита от несанкционированного доступа, искажения

или уничтожения данных. Помимо основных требований база

должна предоставлять возможность многократного

использования данных и быстрого поиска информации по

запросам.

п) База данных врачей и пациентов

Предназначена для хранения данных о врачах, пациентах и

привязках врача к пациенту.

р) Модуль авторизации

Модуль авторизации необходим для ограничения доступа к

медицинским данным. Авторизация персонала должна

происходить посредством цифровых сертификатов, которые

обеспечат максимальную безопасность и исключат возможность

утечки данных.

с) Интерфейс управления

Интерфейс управления необходим для предоставлению

оператору возможности взаимодействия с устройством съема

данных и анализа уже полученных данных.

34

2.14 Разработка принципиальной схемы

2.14.1 Разработка блока обработки сигнала

Для достижения максимальной точности обработки

измеряемого биосигнала требуется использований аналого-

цифровых преобразователей с максимально возможно большим

количеством разрядов. В настоящее время широко

распространены сигма-дельта АЦП. Другим критерием выбора

является портативность системы. Наиболее удобными в

использовании являются 24-битные АЦП. Компания Texas

Instruments предлагает на рынок группу микроконтроллеров

семейства MSP430, оснащенных интегрированными сигма-дельта

АЦП. При этом возможна их полностью независимая работа,

подключение к различным тактовым генераторам. Отличительной

стороной семейства MSP430 является низкая стоимость, крайне

низкое энергопотребление при любых режимах работы. В

качестве основы блока обработки сигнала АМС для ЭГГ

предлагается использовать микроконтроллер MSP430AFE253

[12], оснащенного 3 24-битными сигма-дельта АЦП.

Сигма-дельта АЦП осуществляет преобразование входного

аналогового сигнала в диапазоне от 0 до ± Uоп (опорное

напряжение). Проведем расчет точности обработки входного

сигнала.

Младший значащий разряд:

(3.1)

Погрешность:

(3.2)

В итоге: δ=. С учетом максимального значения измеряемого

сигнала (20 мВ) получим количество используемых разрядов:

(3.3)

Ne = 18 бит.

Назначение микроконтроллера в схеме устройства –

обработка сигнала АЦП для последующей передачи данных в

35

персональный компьютер через USB соединение. Для коммутации

USB-порта и микроконтроллера используется микросхема FTDI

FT232R [13]. Номиналы всех конденсаторов, подключаемые к

микросхемам блока цифровой обработки сигнала, выбираются в

соответствии с паспортными данными элементов.

2.14.2 Разработка блока усиления сигнала

В соответствии с техническим заданием диапазон входного

сигнала: до 20 мВ. Современные достижения в области

микроэлектроники позволяют использовать в качестве

инструментального и согласующего усилителя единую

микросхему. В данном случае одним из основных требований к

ОУ будет требование высокого входного сопротивления (не

менее 1 ГОм), малого напряжения смещения, малой

потребляемой мощности.

Данным требованиям удовлетворяет ОУ INA 118 [14].

Таблица 3.1 - Характеристики INA 118

Напряжение смещения, не

более, мкВ

25

Входной ток, не более, нА 10Входное сопротивление, не

менее, Гом

10

Коэффициент усиления данного операционного усилителя

рассчитывается по формуле:

(3.4)

Выберем в качестве номинала резистора, задающего

коэффициент усиления 2.2 кОм. Расчет по формуле дает нам

результат К = 23.7.

С учетом новых данных пересчитаем значение эффективной

разрядности по формуле (3.3), получаем Ne�=23 бит.

2.14.3 Разработка блока аналоговой фильтрации

36

Одной из особенностей измерений практически любого

биоэлектрического сигнала является существование на входе

синфазной помехи с частотой 50 Гц. Подавления гармоник в

спектре, превышающих частоту дискретизации входного сигнала

так же является средством борьбы с таким явлением как

перенос спектра. Кроме того, наличие аналогового фильтра

ФНЧ требуется для С учетом того что верхняя частота сигнала

ЭКГ – 150 Гц, в качестве аналогового фильтра может быть

выбрана схема RC - фильтра наименьшего, первого порядка.

Одним из недостатков данного схемотехнического решения

является чрезмерно широкая переходная область АЧХ фильтра.

В качестве фильтра, выберем RC фильтр с частотой среза

150 Гц. В качестве конденсатора для фильтра выберем

конденсатор емкостью 10 мкФ. Частота среза для данного

фильтра:

(3.5)

Тогда номинал резистора будет рассчитываться:

(3.6)

По результатам расчета получим R≈1,1 кОм. Выберем

резистор номиналом 1 кОм, так как высокая точность

полученной АЧХ не требуется.

В состав данного фильтра нижних частот так же входит ОУ.

Таким образом, фильтр является активным. ОУ используется в

качестве повторителя напряжения, и согласования

сопротивлений блоков. Для данных целей лучше всего

использовать rail-to-rail операционные усилители. В

качестве такого элемента предлагается использовать ОУ марки

OPA 4350 [15] (4 ОУ OPA350 в одном корпусе).

2.14.4 Разработка блока питания

В соответствие с медико-техническими требованиями питание

устройства осуществляется от персонального компьютера через

порт USB. Технические характеристики протокола USB:

37

максимальное напряжение – +5 В, ток – не более 500 мА. Для

работы микроконтроллера требуется напряжение в диапазон от

1,8 до 3,3 В. Для работы операционных усилителей требуется

биполярный источник питания +-2,5 В. Для получения

инверсного напряжения используется инвертор напряжения

MAX1044. Номиналы конденсаторов выбираются в соответствие с

паспортом MAX1044 [16].

Для функционирования АЦП требуется наличие источника

опорного напряжения. В данном случае используется

внутренний источник опорного напряжения на 1.2 В

(MSP430AFE253).

Для питания микроконтроллера используется уровень

напряжения +3,3 В.

38

2.15 Разработка программного обеспечения для передачи

данных и обработки сигнала электрокардиографической АМС

2.15.1 Разработка требований к ПО

Описание функциональных возможностей и ограничений,

накладываемых на программную систему, называется

требованиями к этой системе, а сам процесс формирования,

анализа, документирования и проверки этих функциональных

возможностей и ограничений — разработкой требований [17,

18].

Термин требования (к программной системе) может

трактоваться по-разному. В некоторых случаях под

требованиями понимаются высокоуровневые обобщенные

утверждения о функциональных возможностях и ограничениях

системы. Другая крайняя ситуация — детализированное

математическое формальное описание системных функций.

Требования к программной системе часто классифицируются

как функциональные, нефункциональные и требования

предметной области.

2.15.2 Функциональные требования

Это перечень сервисов, которые должна выполнять система,

причем должно быть указано, как система реагирует на те или

иные входные данные, как она ведет себя в определенных

ситуациях и т.д. В некоторых случаях указывается, что

система не должна делать. Эти требования описывают

поведение системы и сервисы (функции), которые она

выполняет, и зависят от типа разрабатываемой системы и от

потребностей пользователей. Если функциональные требования

оформлены как пользовательские, они, как правило, описывают

системы в обобщенном виде. В противоположность этому

функциональные требования, оформленные как системные,

описывают систему максимально подробно, включая ее входные

и выходные данные, исключения и т.д.

39

2.15.3 Нефункциональные требования.

Описывают характеристики системы и ее окружения, а не

поведение системы. Здесь также может быть приведен перечень

ограничений, накладываемых на действия и функции,

выполняемые системой. Они включают временные ограничения,

ограничения на процесс разработки системы, стандарты и т.д.

Как следует из названия, нефункциональные требования не

связаны непосредственно с функциями, выполняемыми системой.

Они связаны с такими интеграционными свойствами системы,

как надежность, время ответа или размер системы. Кроме

того, нефункциональные требования могут определять

ограничения на систему, например на пропускную способность

устройств ввода-вывода, или форматы данных, используемых в

системном интерфейсе.

Многие нефункциональные требования относятся к системе в

целом, а не к отдельным ее средствам. Это означает, что они

более значимы и критичны, чем отдельные функциональные

требования. Ошибка, допущенная в функциональном требовании,

может снизить качество системы, ошибка в нефункциональных

требованиях может сделать систему неработоспособной.

Вместе с тем нефункциональные требования могут относиться

не только к самой программной системе: одни могут

относиться к технологическому процессу создания ПО, другие

— содержать перечень стандартов качества, накладываемых на

процесс разработки. Кроме того, в спецификации

нефункциональных требований может быть указано, что

проектирование системы должно выполняться только

определенными CASE-средствами, и приведено описание

процесса проектирования, которому необходимо следовать.

Нефункциональные требования отображают пользовательские

потребности; при этом они основываются на бюджетных

ограничениях, учитывают организационные возможности

40

компании-разработчика и возможность взаимодействия

разрабатываемой системы с другими программными и

вычислительными системами, а также такие внешние факторы,

как правила техники безопасности, законодательство о защите

интеллектуальной собственности и т.п. [17]

2.15.4 Требования предметной области.

Характеризуют ту предметную область, где будет

эксплуатироваться система. Эти требования могут быть

функциональными и нефункциональными.

2.15.5 Требования к ПО

Функциональные и нефункциональные требования к

программному обеспечению приведены в таблице 3.1.

Таблица 3 – Требования к ПО

Группа

требований

Требование

Функциональные Обеспечение процесса получения

информации с аппаратной части;

Анализ полученных данных;

Визуализация принятых данных в

режиме реального времени;

Сохранение исходных данных;

Сохранение проанализированных

данных;

Контроль подключения прибора;

Поддержка большого количества

одновременно подключенных устройств;

Продолжение таблицы 3.1

Нефункциональные З а щ и т а и н ф о р м а ц и и о т

несанкционированного доступа должна

обеспечиваться в соответствии с ГОСТ

41

Р ИСО/МЭК 15408-2002;

И н т е р ф е й с п е р е д а ч и д а н н ы х

устройства к компьютеру должен

соответствовать спецификации USB 2.0;

Удобство отображения данных на

любых устройствах с доступом к сети

Интернет

2.15.6 Выбор технологий разработки

На основе требований, предъявленных к ПО, необходимо

выбрать технологию разработки таким образом, чтобы была

возможность поддерживать большое количество одновременных

подключений при минимальных затратах серверной мощности.

В следствии этого для реализации серверной части

программного обеспечения был выбран язык программирования

nodejs (серверный java script). Данная технология, по

проведенным экспериментам позволяет поддерживать до

миллиона одновременных подключений при низких затратах

памяти (примерно 10кб на одно подключение) и процессорной

мощности [19].

Так же данная технология позволяет держать и TCP/IP

Socket и HTTP сервера одновременно в рамках одной

реализации программы и совершать обмен данными между ними.

Для реализации алгоритма обработки данных на сервере, был

выбран язык PHP.

Язык программирования РНР является универсальным, широко

используемым открытым языком для разработки сценариев [20].

Особенности языка PHP:

– Быстродействие

– Открытость. Открытость РНР позволяет программистам

модифицировать программное обеспечение, добавлять или

42

изменять его функциональность, необходимую для решения

конкретных задач.

– Универсальность. PHP можно использовать под управлением

разных операционных систем, включая Linux, Windows, Mac OS

и большинство систем семейства Unix.

– Настраиваемость. РНР обеспечивает достаточный контроль

над окружением, позволяя уменьшить вероятность ошибок.

– Безопасность.

2.15.7 Разработка алгоритма передачи данных

Назначение разрабатываемого алгоритма – обеспечение

передачи данных на сервер и приема управляющих сигналов,

для обеспечения постоянного контроля устройства съёма

данных (электрокардиограф).

Описание работы алгоритма передачи данных:

Данные с пациента попадают на портативное устройство

(ноутбук), далее по сети Интернет или локальной сети

передаются на рабочий сервер по протоколу TCP/IP. При этом

каждое устройство создает отдельный сокет на отдельном

порту клиента. При подключении клиента TCP/IP – сервер

вызывает событие, которое добавляет клиента в общий массив

текущих подключений и отправляет ему пакет, содержащий

информацию об успешном подключении устройства. После этого

сервер готов к приему данных с устройства.

При получении данных от клиента, TCP-сервер вызывает

событие, которое отправляет полученные данные на HTTP-

сервер и выводит их в режиме реального времени в браузер

врача и сохраняет в базу данных.

По окончанию съема данных, TCP–сервер отсылает пакет о

закрытии соединения, удаляет из массива подключенных

клиентов устройство и вызывает событие, которое отправляет

на HTTP – сервер новый массив клиентов.

43

Алгоритм предусматривает возможность подключения большого

количества устройств одновременно, так как каждое

устройство работает независимо от других.

В алгоритме предусмотрена привязка пациента к врачу и

устройства к пациенту, это обеспечивает сохранность данных

(предоставление данных только лечащему врачу) и

предоставление информации об устройстве, на котором данные

снимались.

2.15.8 Разработка базы данных

Основное требование к базе данных – скорость работы и

удобство управления данными. Для окончательной реализации

алгоритма решено использовать не реляционную БД, так как

она может обеспечить необходимую скорость работы с данными

и их сохранность.

На этапе разработки решено использовать реляционную базу

данных для облегчения отладки и тестирования программного

обеспечения.

На сегодняшний день существует множество различных систем

управления баз данных, таких как Interbase, Firebird, DB2,

Oracle, MySQL, Microsoft SQL Server и т.д. Они могут

различаться по множеству параметров, например, по

т р е б о в а н и ю к м о щ н о с т и П К , п о н а л и ч и ю с р е д с т в

администрирования, возможности интеграции с веб-

приложениями, наличию встроенных средств разработки и т.д.

Далее рассмотрены основные характеристики некоторых СУБД

[12]. Из всех существующих СУБД для сравнения выберем 4:

Interbase, MySQL, MsSQL Server, Oracle, Microsoft Access.

Системные требования к для рассматриваемых СУБД и их

стоимость приведены в таблице 3.2.

Таблица 5.1 - Системные требования и стоимость для

рассматриваемых СУБД

Название Процессор Дисковое Стоимость

44

СУБД пространствоInterBase Низкие До 100 Мб СредняяMicrosoft

SQL ServerВысокие Около 2 Гб Высокая

Microsoft

AccessСредние Около 300 Мб Средняя

MySQL Низкие Около 50 Мб НизкаяOracle Высокие Около 2 Гб Высокая

После анализа выше приведенных данных по критериям цены,

безопасности и функциональности была выбрана СУБД MySQL.

Концептуальная и даталогическая модели базы данных

представлены на листе графического материала.

2.15.9 Разработка алгоритма обработки ЭКГ сигнала

а) Взятие первой производной ЭКГ сигнала.

Так как исходный сигнал представляет собой дискретные

отсчеты изменяющейся во времени физической величины (сигнал

ЭКГ), то производную следует рассчитывать так же в

дискретной форме. Существует четыре варианта расчета

производной:

«Производная справа» -

(3.7)

«Производная слева» -

(3.8)

«Центральная производная» -

(3.9)

«Сглаженная производная» -

(3.10)

Где , ecg – массив точек сигнала ЭКГ, fдискр. – частота

дискретизации сигнала, i – номер отсчета.

45

Для наиболее точного определения положения R-зубца лучше

использовать формулы с (3.7) по (3.9). В случае низкой

частоты дискретизации сигнала формула (3.9) может

определять неверные значения в области экстремумов. Расчеты

результатов формулам (3.7) и (3.8) идентичны, разница – в

смещении графика производной на 1 отсчет либо влево либо

вправо.

В реализуемом алгоритме предполагается использование

формулы (3.7) для определения производной ЭКГ сигнала.

б) Определение периода рефрактерности

Задаем период рефрактерности 300мс. Этот период

определяет количество отсчетов, игнорируемое программой,

после нахождения каждого QRS комплекса. Значение в 300 мс

определяет верхнюю границу рассчитываемой ЧСС. Для значения

в 300 мс верхняя граница равняется 200 ударам в минуту.

Пересчет периода рефрактерности из мс в отсчеты:

(3.11)

Где, fдискр – частота дискретизации сигнала, Pреф –

период рефрактерности в миллисекундах.

в) Подсчет количества QRS комплексов

Находим максимальное значение производной исследуемого

сигнала на первых 3 секундах. Определяем первоначальный

порог нахождения R-зубца как уровень, отличающийся от

максимального значения производной на 20%.

Сравниваем текущее значение производной сигнала с

рассчитанным порогом, при попадании значения производной

«корридор» порога, считаем QRS комплекс найденным. Каждые 3

секунды выставляем новый порог нахождения R-зубца для того,

46

чтобы исключить возможные принятия артефактов за QRS

комплексы.

г) Расчет ЧСС

Расчет ЧСС производится по следующей формуле:

(3.12)

Где HR – ЧСС, QRScount – количество QRS комплексов всего

сигнала, time – время снятия сигнала.

Полученное значения округляется.

д) Расчет положения R зубцов

При выявлении QRS комплекса для нахождения R зубца

необходимо найти ближайшую точку смены знака производной.

При нахождении данной точки производим проверку вхождения

значения ЭКГ в данной точке в коридор среднего значения

массива всех найденных ранее точек с погрешностью в 20%.

2.16 Тестирование разработанного программного

обеспечения

На основе разработанных алгоритмов было написано

программное обеспечение для отправки измеренных данных на

сервер и возможности их последующей обработки. Интерфейс

программы визуализации данных представлен на рисунках с 3.2

по 3.5. Исходный код программы представлен в приложении Б.

47

исунок 3.2 – Визуальный интерфейс программы обработки

сигнала ЭКГ

На рисунке 3.2 представлен сигнал ЭКГ в нормальном

состоянии с артефактом, обработка сигнала программой

выявила все 72 QRS комплекса и точно определила положение

всех 72 R зубцов.

Рисунок 3.3 – Обработка сигнала ЭКГ в нормальном состоянии

48

На рисунке 3.3 представлена обработка ЭКГ сигнала в

нормальном состоянии, программа выявила все 67 QRS

комплексов и точно определила положение всех 67 R зубцов.

Рисунок 3.4 – Обработка сигнала ЭКГ с помехой 50 Гц

На рисунке 3.4 представлена обработка ЭКГ сигнала в

нормальном состоянии с помехой 50 Гц, программа выявила 60

из 62 QRS комплексов и точно определила положение 59 R

зубцов.

Рисунок 3.5 - Обработка сигнала ЭКГ с дрейфом изолинии

(дыхание) и помехой 50 Гц

49

На рисунке 3.5 представлена обработка ЭКГ сигнала с

дрейфом изолинии и помехой 50 Гц, программа выявила все 66

QRS комплексов и точно определила положение 64 R зубцов.

Из приведенных выше результатов видно, что реализованный

алгоритм успешно позволяет рассчитывать ЧСС в условиях

стандартных помех при измерениях ЭКГ (наводка 50 Гц и

артефакты дыхания пациента), игнорируя большинство

возможных артефактов. При определении положения R зубцов

точность снижается с появлением помех.

50

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.17 Введение

Печатный монтаж, используемый в радиоаппаратуре, повышает

ее надежность и обеспечивает повторяемость параметров плат,

способствует механизации и автоматизации производственных

процессов. Для более полной реализации преимуществ

печатного монтажа при разработке печатных плат

придерживаются следующих рекомендаций: предусматривать в

конструкции изделия малогабаритные печатные платы,

уменьшать с увеличением габаритов плат плотность

проводящего рисунка.

По плотности проводящего рисунка печатные платы

подразделяются на 3 класса: [21]

А - печатные платы с минимально допустимой шириной

проводника и минимальным расстоянием между элементами

проводящего рисунка 0.5 мм;

Б - печатные платы с минимально допустимой шириной

проводника и минимальным расстоянием между элементами

проводящего рисунка 0.3 мм;

В - печатные платы с минимально допустимой шириной

проводника и минимальным расстоянием между элементами

проводящего рисунка 0.2 мм.

Разработка печатных плат должна проводится с учетом

уровня технологического обеспечения.

Многослойные печатные платы определяются для соединений

между выводами устанавливаемых на них навесных элементов

только тогда, когда соединения невозможно выполнить на

двусторонних платах с повышенной плотностью монтажа или

когда эти платы не удовлетворяют требованиям электрической

схемы или конструкции.

При создании новых изделий радиоэлектронной аппаратуры

рекомендуются следующие способы изготовления печатных плат:

[22]

51

а) комбинированный позитивный для двухсторонних печатных

плат;

б) химический для односторонних и двусторонних печатных

плат;

в) металлизация сквозных отверстий для многослойных

печатных плат.

Плотность тока в печатном проводнике не должна превышать

20 А/мм2 для одно- и двусторонних печатных плат и 15 А/мм2

для внутренних слоев.

При разработке печатных плат руководствуются следующими

конструктивно-технологическими требованиями:

а) Конфигурация платы должна быть прямоугольной

формы. Другая конфигурация плат используется только при

необходимости и в технически обоснованных случаях.

б) Платы всех размеров рекомендуется выполнять с

плотностью проводящего рисунка, соответствующей классу А.

в) Рекомендуемые толщины плат: 0.8, 1.0, 1.5, 2.0,

2.5, 3.0 мм. Толщина плат выбирается с учетом способа

изготовления исходя из механических и электрических

требований, предъявляемых к конструкции изделия. Толщина

платы обеспечивается для одно- и двусторонних плат подбором

материала по соответствующим техническим условиям и ГОСТам.

г) Центры отверстий должны располагаться в узлах

координатной сетки. Диаметры монтажных и переходных

отверстий выбирают в зависимости от диаметров выводов

навесных элементов, устанавливаемых в эти отверстия.

Расстояние между центрами отверстий на платах необходимо

выдерживать с допуском не более 0.2 мм, а между центрами

взаимосвязанных отверстий под многовыводные навесные

элементы и под условия автоматизированной установки

радиоэлементов - не более 0.1 мм. Отверстия на плате должны

располагаться таким образом, чтобы расстояния между краями

отверстий было не менее толщины платы. Металлизированные

52

отверстия на двусторонних печатных платах должны иметь

контактные площадки и располагаться в ее зоне. Контактные

площадки выполняются круглой, прямоугольной или близкой к

ним формы.

Печатные проводники выполняют произвольной конфигурации,

но номинальной ширины по всей длине. Для прохождения узкого

места проводник сужают до минимально допустимых значений на

возможно меньшей длине. Взаимное расположение проводников

не регламентируется, но следует учитывать равномерность

распределения проводника по площади платы и недопустимость

размещения его на минимальном расстоянии от других печатных

слоев, если расстояние может быть увеличено.

Проводники шириной от 0.2 до 0.4 мм прокладывают,

предусматривая через каждый промежуток от 25 до 30 мм длины

местное расширение типа контактной площадки размерами не

менее 1х1 мм. Проводники шириной более 5 мм выполняют

согласно правилам выполнения экранов.

Экраны как наружных, так и внутренних слоев выполняются

с вырезами, которые могут иметь форму щелевидную,

прямоугольную, овала, круга или сетки. Площадь вырезов

должна быть не менее 50% общей площади экранов.

ГОСТ 10317-79 устанавливает три шага координатной сетки

– 0,5, 1,25, 2,5 мм. Размеры каждой стороны печатной платы

при длине до 100 мм должны быть кратны 2,5 мм, при длине до

350 мм – 5 мм, при длине более 350 мм – 10 мм. Максимальный

размер любой из сторон должен быть не более 470 мм.

2.18 Выбор и обоснование типа печатной платы

53

Необходимо выбрать двустороннюю печатную плату исходя из

следующих причин:

большое количество корпусов ИМС приводит к большому

количеству соединительных проводников, такое количество

проводников сложно реализовать на односторонней плате;

Кроме того, печатные проводники располагаются с обоих

сторон платы и при отсутствии ограничений на размеры это

позволяет реализовать практически любую схему.

Использование ДПП позволяет повысить плотность монтажа с

1,5 ЭРЭ/см2 у односторонних печатных плат до 2 ЭРЭ/см2 у

ДПП.

Использование ДПП позволяет увеличить ожидаемое

количество осуществленных связей. Благодаря этому

значительно упростится и ускорится процесс проектирования

ПП. Кроме того, использование в данном случае ДПП

значительно увеличит выход годных ПП, что повысит

экономические показатели данного устройства и уменьшит

расходы материала при изготовлении ДПП.

2.19 Выбор и обоснование класса точности

При трассировке печатной платы с учетом того, что

минимальное расстояние между ножками ИМС 0.65 мм и толщина

ножки 0.3 мм, то необходим III-класс точности печатного

монтажа, который по ГОСТ 23751-86 имеет следующие

параметры:

расстояние между соседними элементами

проводящего рисунка не менее 0.25 мм

ширина проводника не менее 0.25 мм

отношение минимального диаметра металлизированного

отверстия к толщине печатной платы не менее 0.33

гарантийный поясок 0.1 мм

2.20 Выбор материала основания печатной платы

54

В качестве материала для производства печатной платы

выбираем стеклотекстолит с двусторонним фольгированным

слоем и толщиной печатного проводника равной 35 мкм – СФ-

2-35 – для изготовления двусторонних печатных плат.

В данное время стеклотекстолит наиболее распространенный

материал для изготовления печатных плат, имеет хорошие

технологические и эксплуатационно-технологические свойства,

среди которых:

- широкий диапазон рабочих температур (от -60 до

+105°С),

- низкое водопоглащение (от 0,2 до 0,8 %),

- большое объемное и поверхностное сопротивления (от 1010

до 1013 Ом),

- стойкость к короблению,

- повышенная жесткость и прочность.

Толщину печатного проводника выбираем равной 35 мкм по

ряду причин:

а) между толщиной печатного проводника и его шириной

существует тесная зависимость. Если уменьшать толщину, то

соответственно будет увеличиваться ширина проводника, а

вместе с ней и размеры всей печатной платы.

б) необходимо, чтобы печатный проводник выдерживал токи,

текущие в схеме, что также зависит от толщины печатных

проводников.

в) чем меньше толщина фольги, тем меньше расход материала

и ниже стоимость печатной платы.

СФ-2-35 обладает следующими характеристиками по ГОСТ

10316-78:

удельное поверхностное сопротивление ρS = 1010…1011

Ом

удельное объемное сопротивление ρV = 1011…1013 Ом*см

диапазон рабочих температур -60…+105°С

диэлектрическая проницаемость ε = 6

55

прочность отделения 3-х мм полоски фольги от

диэлектрического основания σ = 4Н

Предпочтительные толщины для стеклотекстолита по ГОСТ

10316-78: 1,0; 1,5; 2,0 мм.

Исходя из данных табл.15 видно, что лучшая величина (11

мм) достигается при толщине пластины 1.5 мм и 2.0 мм. Но

выбирем первую, так как нам нужна минимальная толщина.

Итак, толщину печатной платы берем равной 1 мм.

2.21 Компоновка, размещение и установка ЭРЭ и ИМС на

плате

Размещение элементов производится таким образом, чтобы

электрические соединения были минимальной длины, но при

этом должен обеспечиваться III-й класс точности печатного

монтажа. Кроме того, элементы необходимо располагать как

можно более равномерно по площади печатной платы для

обеспечения равномерности масс элементов. Также, желательно

устанавливать элементы таким образом, чтобы обеспечить

наибольшую технологичность платы, т.е. монтажные отверстия

следует располагать рядами. Это делается для ускорения

операции сверления на программируемых сверлильных станках,

а также для обеспечения автоматической установки элементов

на печатную плату и их групповой пайки.

Рекомендации по размещению элементов устройства на плате

можно свести к следующим:

- функциональные узлы должны быть размещены компактно;

- узлы, непосредственно связанные с измерительным

сигналом нужно разместить по возможности дальше от

генератора;

- цепи связи с компьютером должны быть подальше от цепей

измерительного сигнала;

Разъемы следует установить по краю печатной платы со

стороны задней панели корпуса устройства.

56

Расстояние между двумя соседними микросхемами равно

размеру корпуса микросхемы, так что тепловой режим

конструкции будет в норме.

2.22 Выбор и обоснование метода изготовления печатной

платы

В настоящее время применяют несколько методов

изготовления ПП:

- субтрактивные, при которых проводящий рисунок

образуется за счет удаления проводящего слоя с участков

поверхности, образующих непроводящий рисунок,

- аддитивные, при которых проводящий рисунок получают

нанесением проводящего слоя заданной конфигурации на

диэлектрическое основание платы,

- полуаддитивный, при котором проводящий рисунок получают

нанесением проводящего слоя на основание с предварительно

нанесенным тонким проводящим покрытием, впоследствии

удаляемым с участков поверхности, образующих непроводящий

рисунок,

В соответствии с ГОСТ 23751-86 конструирование печатных

плат следует осуществлять с учетом следующих методов

изготовления:

- химического для односторонних печатных плат и гибких

печатных кабелей;

- комбинированного позитивного для ДПП, ГПП;

- электрохимического (полуаддитивного) для ДПП;

- металлизации сквозных отверстий для МПП;

Все рекомендуемые методы (кроме полуаддитивного)

являются субтрактивными.

Исходя из вышеизложенных рекомендаций необходимо выбрать,

либо электрохимический (полуаддитивный) метод, либо

комбинированный позитивный метод.

57

Электрохимический метод в данном случае нам не подходит,

так как его применяют для изготовления ДПП с высокой

плотностью токопроводящего рисунка. В данном методе

используется нефольгированный диэлектрик СТЭФ.1-2ЛК с

обязательной активацией его поверхности или диэлектрик с

фольгой 5 мкм. Учитывая эти данные, приходим к выводу, что

данный метод значительно дороже комбинированного

позитивного метода, и кроме того, из-за высокой плотности

токопроводящего рисунка и малой толщины фольги,

сопротивление печатных проводников будет большим, что в

нашем случае нежелательно.

Учитывая вышеизложенное, приходим к выводу, что в нашем

случае лучше использовать комбинированный позитивный метод.

Этот метод обеспечивает хорошую адгезию элементов

проводящего рисунка к диэлектрическому основанию и

сохранение электроизоляционных свойств диэлектрика,

защищенного во время обработки платы в агрессивных

химических растворах медной фольгой.

Исходным материалом для комбинированного способа служит

фольгированный с двух сторон диэлектрик, поэтому проводящий

рисунок получают вытравливанием меди, а металлизация

отверстий осуществляется посредством химического меднения с

последующим электрохимическим наращиванием слоя меди.

Позитивный комбинированный метод обеспечивает III-й класс

точности печатного монтажа и лучшие, по сравнению с другими

методами, диэлектрические свойства плат.

Травление меди производится растворами на основе хлорного

железа. Эти растворы допускают утилизацию меди из

отработанного травителя, а также регенерацию самого

травителя. Боковое подтравливание проводников– минимально.

С учетом всех перечисленных достоинств этот метод в

настоящее время является основным в производстве

двусторонних и многослойных печатных плат для аппаратуры

58

самого разнообразного назначения. Метод хорошо отработан на

производстве и является оптимальным при серийном выпуске.

2.23 Выбор защитного покрытия печатной платы

В качестве защитного покрытия выбираем полиуретановый лак

УР-231 светло-коричневого цвета. В отличии от других

лаков, таких как СБ-1с (стойкость к периодическому

воздействию минерального масла, бензина и воды) и К55

(устойчив к кислотам, нефтепродуктам), он обладает более

низкой стоимостью, но худшими защитными характеристиками, а

так как данное устройство предназначено для работы в

стационарных условиях, то этим можно пренебречь. Лак

обеспечивает повышенную электроизоляцию, выдерживает

температуру от –60 до +120˚С. Лак представляет собой

твердое и прочное покрытие.

2.24 Технологический процесс сборки печатной платы

В настоящее время практически все типовые процессы сборки

и монтажа электронных узлов на печатных платах могут быть

механизированы и автоматизированы. Целесообразность

применения того или иного оборудования определяется объемом

выпуска, конструктивными особенностями узлов и

экономической эффективностью производства. Приняты два

метода сборки узлов на печатных платах (ПП): позиционный и

поточный. Первый реализуется с помощью универсального

оборудования и применяется в мелкосерийном производстве,

второй - с помощью специализированного оборудования

используется в крупносерийном производстве. Оборудование

для сборки узлов на ПП может быть разделено на 5 групп:

[23]

оснастка с ручным приводом;

механизированные установки;

полуавтоматические установки;

59

автоматические установки;

конвейерные линии.

Ручные и механизированные установки экономически выгодны

при годовом объеме выпуска до 1600 узлов партиями до 100

штук и при наличии на ПП не более 120 дискретных элементов.

При объеме выпуска, требующем установки на платы порядка

500 тыс. эл/год применяют полуавтоматические установки,

оснащенные механизированными укладочными головками.

Установку от 5 до 50 млн. эл/год осуществляют на

автоматизированном оборудовании с ЧПУ или управляемом ЭВМ в

сочетании с высокопроизводительными комплектующими

автоматами.

Технологический процесс сборки и монтажа платы можно

условно разделить на следующие этапы:

подготовка навесных элементов;

установка навесных элементов на ПП;

получение контактного соединения выводов элементов

с печатным монтажом;

контроль монтажа и функциональных параметров

платы.

Рассмотрим технологический процесс сборки ПП на основе

SMT-технологии. Он состоит из следующих типовых этапов:

а) Подготовка выводов ЭК - формовка, обрезка

Формовку круглых или ленточных выводов элементов

производят с помощью ручного монтажного инструмента либо

специальных полуавтоматических устройств таким образом,

чтобы исключались механические нагрузки на места крепления

выводов к корпусу.

б) Нанесение паяльной пасты на контактные площадки

Дозирование в единичном и мелкосерийном производстве,

трафаретная печать в серийном и массовом производстве.

Одним из важнейших технологических материалов,

применяемых при поверхностном монтаже, является паяльная

60

паста (также иногда называемая припойной пастой),

представляющая собой смесь порошкообразного припоя с

органическими наполнителями, включающими флюс. Помимо

обеспечения процесса пайки припоем и подготовки

поверхностей паяльная паста также выполняет задачу

фиксирования компонентов до пайки за счет клеящих свойств.

в) Установка компонентов

Установка SMD-компонентов осуществляется с применением

специальных монтажных автоматов, автоматизированных рабочих

мест либо полностью вручную.

г) Групповая пайка

Пайка осуществляется преимущественно методом конвекции, а

также инфракрасным нагревом или в паровой фазе.

В единичном производстве, при ремонте изделий и при

монтаже компонентов, требующих особой точности, как

правило, в мелкосерийном производстве также применяется

индивидуальная пайка струей нагретого воздуха или азота.

д) Омывание платы и нанесение защитных покрытий.

Расчет комплексного показателя технологичности

Определим некоторые показатели технологичности,

характеризующие технологию изготовления изделия:

Основным показателем, используемым для оценки

технологичности конструкции, является комплексный

показатель технологичности К. Комплексный показатель

определяется на основе семи базовых показателей

технологичности по формуле

(4.1)

, где КИМС, КАМ, КМПЭ, КМКН, КПОВЭ, КПРЭ, КФ – базовые показатели

технологичности, рассчитываемые далее.

φ 1 … φ7 – функции, нормирующие весовую значимость базовых

показателей.

Коэффициент использования ИМС в блоке

61

(4.2)

, где

nИМС = 14 – число ИМС в блоке.

NЭРЭ = 48 – число электрорадиоэлементов.

Отсюда Кимс = 0.23

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа

(4.3)

, где nАМ – число монтажных соединений, которые могут

осуществляться механизированным или автоматизированным

способом.

NМ – общее число монтажных соединений.

КАМ = 1

Коэффициент механизации подготовки элементов к монтажу

(4.4)

, где nМП = 61 – число элементов, подготовка которых к

монтажу может осуществляться механизированным или

автоматизированным способом.

NЭ = 62 – общее число элементов.

Кмпэ = 0.98

Коэффициент механизации операций контроля и настройки

(4.5)

, г д е nМКН – число операций контроля и настройки,

осуществляемых автоматизированным или механизированным

способом, включая и те, которые не требуют использования

средств механизации.

NКН – общее число операций контроля и настройки.

КМКН = 1, т.к. модуль не требует операций контроля и

настройки.

62

Коэффициент повторяемости элементов

(4.6)

, где nТЭ = 48 – общее число типоразмеров элементов в

блоке.

Кповэ = 0.23

Коэффициент применяемости элементов

(4.6)

, г д е nТ.ОР.Э = 0 – число типоразмеров оригинальных

элементов в блоке, т.е. деталей, которые впервые

разрабатываются самим предприятием.

Кпрэ = 1

Коэффициент прогрессивности формообразования деталей

(4.7)

, где nП Р – число деталей, заготовки которых или сами

детали получены прогрессивными методами формообразования

(штамповка, прессование, пайка, сварка).

NД – общее число деталей без нормализованного крепежа в

изделии.

КФ = 1

Расположим коэффициенты технологичности по значимости и

определим вес по формуле:

(4.8)

,где i - ранг в соответствии со значимостью.

Таблица 4.1 - Сводная таблица частных коэффициентов

технологичности и их рангов

Ранг, Коэффициент Обозначение Значение Вес,

63

технологичности

1

Коэффициент

использования

микросхем

К МС 0.23 1,000

2Коэффициент

повторяемости ЭРИКПОВ 0.23 1,000

3Коэффициент

применяемости ЭРЭКПЭРЭ 1 0,750

Ранг, Коэффициент

технологичностиОбозначение Значение Вес,

4

Коэффициент

механизации

подготовки ЭРИ к

монтажу

КМП, ЭРЭ 1 0,500

5

Коэффициент

м е х а н и з а ц и и и

автоматизации монтажа

КАМ 1 0,313

6

Коэффициент

механизации контроля

и настройки

К МКН 1 0,188

7

Коэффициент

прогрессивности

формообразования

деталей

Кф 1 0,109

Коэффициент

технологичностиКТ 0.601 3,859

Продолжение таблицы 4.1

Для радиотехнических изделий при установившемся серийном

производстве основной показатель технологичности должен

быть не менее 0.3. В данном случае, он равен 0.601, что

говорит о высокой технологичности.

Так же существуют следующие коэффициенты, не вошедшие в

вышеприведенную формулу:

64

Коэффициент применяемости печатного монтажа:

Кп = Nкпг / Nкп (4.9)

,где Nкпг – число контактных площадок, паянных групповым

методом,

Nкп – общее число контактных площадок.

Т.к. Nкпг = Nкп, то Кп = 1 (серийное производство)

Коэффициент повторяемости ИС:

Кповт.ис = 1 – Nт.ис / Nис (4.10)

,где Nт.ис = 10 – число типоразмеров ИС в изделии,

Nис = 13 – число ИС в изделии.

Кповт.ис = 1 – 5 / 9 = 0,23

Принципиальная схема представлена на листе А1.

2.25 Анализ конструкции комплекса

Прибор выполнен в настольном варианте в унифицированном

корпусе с габаритами 82× 52 × 18 мм. Данный корпус

изготовлен из огнеупорного пластика – ABS. Корпус

обеспечивает защиту от внешних воздействии стандарта IР54

(IЕС 529) (проникновение пыли и влаги не нарушает работы

изделия).

Корпус состоит из двух частей: крышки нижней и крышки

верхней, – со специально разработанными концевыми

панельками: панель передняя и панель задняя. Передняя и

задняя панели устанавливаются в специальные пазы на верхней

и нижней крышках.

Печатная плата крепится к крышке нижней корпуса на

установочные стойки (4 шт.).

Верхняя и нижняя крышки корпуса представлены на листах

А3. Сборка корпуса представлена на листе А2. Процесс

отливки корпуса рассмотрен в приложении Г.

65

66

5 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.26 Обоснование необходимости разработки АМС

Данная АМС способна серьезно облегчить диагностику

сердечно-сосудистых заболеваний. В производстве данной

системы могут быть заинтересованы следующие учреждения (см.

таблицу 1 в приложении Б):

Областные, районные, городские поликлиники;

Специализированные медицинские центры;

На рынке представлены в основном зарубежные комплексы. Цена

подобных импортных комплексов на российском рынке составляет

порядка 20000 рублей. За счет снижения издержек на разработку,

производство и коммерческие расходы цена подобного прибора,

произведенного в России, может составить порядка 15000 рублей,

что делает его при прочих равных более конкурентоспособным.

Предполагаемый объём продаж порядка 110 штук в год. Планируемый

горизонт расчета (производства и реализации АМС) составляет 10

лет. Таким образом, к концу периода возможно реализовать до 1100

единиц продукции.

1.1 Расчет размера инвестиций для проектирования и

внедрения АМС

Наиболее общим и распространенным в рыночной экономике

считается понимание под инвестициями процесса вложения

средств в любой форме для получения дохода или какого-либо

другого эффекта. Вложение средств в проектирование и

внедрение ПАК имеет своей целью получение более

эффективного отечественного оборудования для исследования

структурного состава тела человека, а также получение

прибыли.

Инвестиции складываются из нескольких частей по формуле:

(5.1)

По справочным материалам, в нашем случае

, (5.2)

67

причем К3 составляет 30%, а К4 – 70%. Инвестиции К3 состоят

из КПП и ТехПП.

2.26.1 Определение стоимости и длительности КПП и ТехПП

Стоимость проектных работ определяется как сумма затрат

на КПП и ТехПП и зависит от сложности проектируемого

объекта и сроков проектирования. Конструкторская подготовка

производства заключается в проектировании и освоении новой

продукции и совершенствовании выпускаемой. Технологическая

подготовка производства обеспечивает полную готовность

предприятия к выпуску новой продукции с заданным качеством,

что, как правило, может быть реализовано на технологическом

оборудовании, имеющем высокий технический уровень,

обеспечивающий минимальные трудовые и материальные затраты.

Стоимость КПП и ТехПП определяется как сумма сметных

затрат и желаемой прибыли проектной организации (КБ) и

вычисляется по формуле:

Стоимость = S + П, (5.3)

где S – себестоимость выполнения ПКР, вычисленная по

смете затрат; П – желаемая прибыль проектной организации.

Стоимость КПП и ТехПП рассчитывается по смете затрат,

состоящей из 5 экономически однородных элементов и

включающей в себя следующие статьи [24] (таблица 2 в

приложении Б).

Расчет прогнозируемой сметной стоимости КПП и ТехПП не

может производиться прямым методом, о каждой статье затрат,

из-за отсутствия необходимой информации. Наиболее возможным

для расчета сметы представляется определение размера

расходов на оплату труда исполнителей КПП и ТехПП. Будем

исходить из того, что КПП составляет 40% сметной стоимости,

а ТехПП – 60%, разработка документации составляет 10% от

стоимости КПП [25].

68

2.26.2 Определение затрат на оплату труда

Расходы на оплату труда исполнителей составляют затраты

на основную и дополнительную заработную плату всех

исполнителей на всех этапах проектирования:

В связи со спецификой проектных работ (отсутствие

штучного продукта, производимого отдельным работником)

выберем повременную форму оплаты труда. В современных

условиях развития рыночных отношений в России основной

формой организации заработной платы принимается повременная

оплата труда, которая рассчитывается по формуле:

, (5.4)

где – однодневный размер оплаты труда i-го исполнителя;

– количество рабочих дней, отработанных исполнителем.

Для расчета однодневного размера оплаты труда исполнителя

необходимо знать его месячный оклад, величина которого

зависит от требуемой квалификации работника (разряда

работы), количество рабочих дней (часов) в месяце

расчетного года, значение МРОТ на момент начала

проектирования и тарифного коэффициента. Требуемая

квалификация исполнителя определяется исходя из сложности

работ при выполнении стадий проектирования; количество

р а б о ч и х д н е й в м е с я ц е р а с ч е т н о г о г о д а и М Р О Т

устанавливается соответствующими постановлениями

правительства РФ; тарифный коэффициент выбирается из ЕТС.

Для расчета требуется знать трудоемкость и

продолжительность отдельных этапов и всей разработки ПП в

целом, а также количество исполнителей на каждом из этапов

проектирования. вычисляется по формуле [24]:

, где (5.5)

- трудоемкость этапа, на котором занят исполнитель,

- число исполнителей, задействованных на этапе.

Суммируя все эти данные, рассчитываем основную часть

заработной платы исполнителя.

69

Дополнительная зарплата рассчитывается по формуле:

, (5.6)

,где - коэффициент отчислений на дополнительную

заработную плату, = 1.

Дополнительный фонд оплаты труда научных работников

учитывает расходы на очередные отпуска, выплаты за выслугу

лет и т.д.

2.26.3 Определение трудоёмкости работ по проектированию

АМС

За основу возьмем примерное соотношение трудоемкости

этапов проектных работ, характерное для приборостроения

[24].

Непосредственно мы можем определить продолжительность

шестого этапа, продолжительность остальных этапов определим

косвенным путем, через процентное соотношение (Таблица 3 в

приложении Б). Определим трудоемкость стадии оформления

конструкторской документации, т.к. её состав известен.

Расчет трудоемкости проведем по нормативно-статистическому

методу. За единицу нормирования принимается разработка

одного чертежа листа технической документации формата А1

[25].

(5.7)

(12,5% от общей трудоемкости ТПП),

где трудоемкость технического проектирования,

чел/час; число ожидаемых чертежей, шт. =11; норма

времени на разработку одного чертежа данного формата при IV

группе сложности (изделия новой оригинальной разработки,

изделие с повышенными параметрами, в которых требуется

эксперимент, проверка отдельных конструкторских и

технологических решений), чел./час = 40 чел/час;

поправочный коэффициент к нормам времени по группе

новизны =1,5 (проектирование конструкций, сборочных единиц

и схем изделий с введением значительных технических и

70

принципиальных изменений отдельных частей); - коэффициент

унификации. – =0,2 (Разрабатываемое изделие содержит около

80% заимствованных и унифицированных узлов и деталей); -

коэффициент сложности конструкторских работ =1,5 (3-я

группа сложности) (узлы и блоки небольших размеров от 9 до

15, механические конструкции средн) [24].

. (5.8)

Тогда, трудоемкость ТПП АМС:

. (5.9)

2.26.4 Определение трудоемкости отдельных этапов работ по

проектированию (КПП и ТехПП) АМС

Трудоемкость отдельных этапов проектирования,

рассчитанная в соответствии общей трудоемкостью ТПП = КПП +

ТехПП, приведена в Таблице 4 в приложении Б [24].

2.26.5 Затраты на оплату труда на этапе разработки

рабочей документации

Основная заработная плата исполнителей определяется на

основании постановления Правительства РФ «Об оплате

работников бюджетных организаций».

Зарплаты исполнителей следует рассчитывать с соответствии

с новой системой оплаты труда работников бюджетной сферы,

определенной в Постановлении Правительства РФ от 5 августа

2008 г. N 583 «О введении новых систем оплаты труда

работников федеральных бюджетных учреждений и федеральных

государственных органов, а также гражданского персонала

воинских частей, учреждений и подразделений федеральных

органов исполнительной власти, оплата труда которых

осуществляется на основе Единой тарифной сетки по оплате

труда работников федеральных государственных учреждений»

[28].

Минимальный размер оплаты труда 5205 руб. [29].

71

Фонд рабочего времени за период, определенный

директивными сроками, будет составлять

Fn = 472 часа = 59 дня (с 11 марта по 31 мая)

2.26.6 Определение количества исполнителей

Количество исполнителей указано в таблице 5 в приложении

Б. Аналогично считаются и другие этапы. Полученные данные

занесены в таблицу 6 в приложении Б.

2.26.7 Определение разрядов исполнителей и их заработной

платы

Назначим на исполнение этапов проектирования комплекса

следующих исполнителей в соответствии с «Квалификационным

справочником должностей руководителей, специалистов и

других служащих», а также приведем требования к

квалификации по разрядам оплаты [30] (см. таблицу 7 в

приложении Б):

ведущий инженер 5-ого квалификационного уровня высшее

профессиональное образование и стаж работы в должности

инженера категории не менее 3 лет;

инженер-программист 3-ого квалификационного уровня

высшее профессиональное образование и стаж работы в

должности инженера-программиста категории не менее 3

лет;

инженер-конструктор 3-ого квалификационного уровня

высшее профессиональное образование и стаж работы в

должности инженера-конструктора категории не менее 3

лет;

инженер-конструктор 4-ого квалификационного уровня

высшее профессиональное образование без предъявления

требований к стажу работы.

В соответствии с приказом Министерства здравоохранения и

социального развития Российской Федерации от 29.05.2008 №

72

247н рассчитаем дневную заработную плату каждого сотрудника

[29]. На основании постановления Минтруда в году 249

рабочих дней, в среднем на месяц приходится 249/12 = 21

день. Исходные данные и результаты расчета представлены в

таблице 8 в приложении Б.

Дополнительный фонд оплаты труда.

Дополнительный фонд оплаты труда научных работников

учитывает расходы на очередные отпуска, выплаты за выслугу

лет и т.д. Принимаем дополнительный фонд оплаты труда

равным 100% от .

(5.10)

Таким образом, затраты на оплату труда составят

(5.11)

Отчисления во внебюджетные фонды принимаем равные 35.6%

от суммы основной и дополнительной оплаты труда единая

ставка налогообложения (ЕСН), они равны 43936,84 руб.

2.26.8 Калькуляция затрат на проектирование системы

В соответствии с требованиями представленными в таблице 9

вычислим итоговую сумму затрат на разработку документации:

184116,39 рубля.

К статье затрат на материалы и комплектующие относят

стоимость материалов, комплектующих и принадлежностей,

необходимых для разработки комплекта конструкторской

документации и 1 макета прибора.

Так как оборудование, применяемое при проектировании,

используется и для других исследований, то его стоимость

относится к данной статье расходов не полностью, а частично

в виде амортизационных отчислений.

Отчисления во внебюджетные фонды принимаем равные 35,6%

от суммы основной и дополнительной оплаты труда единая

ставка налогообложения (ЕСН).

Таким образом, проектирование прибора будет закончено в

установленные сроки и затраты на эти работы составят

73

руб.

Результаты расчетов по проектированию комплекса обобщены

и приведены на ленточном графике (на листе).

2.26.9 Определение длительности ТПП

Суммируем данные о процессе разработки, построив

ленточный график выполнения работ.

Таким образом, при назначенном числе исполнителей на

каждый этап, для завершения ТПП в директивно установленный

срок проектные работы необходимо начинать 04.03.13 г.

2.26.10 Определение суммарной стоимости проектных

работ

Поскольку разработка документации составляет 10% от КПП,

то стоимость КПП составляет 1841163,9 рублей.

Общий объем инвестиций составит 6137213 рублей.

2.27 Расчет стоимости производства и реализации годового

объема выпуска АМС

2.27.1 Калькуляция себестоимости одной единицы продукции

После проведения технико-контрукторской подготовки

производства (ТПП, т.е конструирования и разработки

технологии), мы можем определить стоимость производства и

реализации единицы АМС и стоимость годового выпуска.

Калькуляция себестоимости единицы продукции состоит из

следующих статей [24]:

а) Сырье и материалы.

б) Покупные полуфабрикаты и комплектующие изделия.

в) Возвратные отходы.

г) Транспортно-заготовительные расходы.

д) Топливо и энергия на технологические цели.

е) Основная заработная плата основных производственных

работников.

74

ж) Д о п о л н и т е л ь н а я з а р а б о т н а я п л а т а о с н о в н ы х

производственных рабочих.

з) Отчисления на социальные нужды по заработной плате

основных производственных работников.

и) Затраты на эксплуатацию и содержание оборудования.

к) Цеховые расходы (300%).

л) Общепроизводственные расходы (150%).

м) Затраты на освоение новых конструкций, а также

организацию новых производств.

н) Внепроизводственные расходы (50%).

2.27.2 Затраты на комплектующие

К этой статье затрат относят стоимость материалов и

принадлежностей, необходимых для производства АМС,

согласно проектной документации и спецификаций (таблица 10,

11 в приложении Б).

2.27.3 Определение расходов на оплату труда

Из данных разработанной технологии и в соответствии с ОКЗ

и ЕТКС имеем следующее распределение квалификаций

исполнителей и трудоемкостей выполняемых ими этапов по

изготовлению, сборке и наладке единицы АМС (таблица 12 в

приложении Б).

(5.12)

где – среднедневный ФОТ рабочих i-й специальности,

– количество рабочих дней,

Как было указано раннее, принимаем дополнительный фонд

оплаты труда равным 100% от .

Затраты на дополнительную оплату труда исполнителей:

руб.

2.27.4 Отчисления во внебюджетные фонды

75

Суммарные отчисления во внебюджетные фонды, как

оговаривалось выше, составляют 35,6% от суммы затрат на

оплату труда. Таким образом, отчисления во внебюджетные

фонды составляют:

(5.13)

2.27.5 Затраты на эксплуатацию и содержание оборудования

Затраты на эксплуатацию и содержание оборудования

включают в себя амортизационные отчисления и затраты на

текущий ремонт оборудования.

Основные средства, используемые при производстве АМС,

относится к быстро устаревающему оборудованию (период

полезного использования от 3 до 5 лет), поэтому следует

применять линейный способ амортизации. При этом годовая

сумма начисления амортизации определяется исходя из

первоначальной стоимости объекта основных средств и нормы

амортизационных исчислений, соответствующей сроку полезного

использования этого объекта.

Рассчитаем амортизационные отчисления для персонального

компьютера. Для техники электронно-вычислительной (код ОКОФ

14 3020000, третья группа) срок полезного использования от

3 до 5 лет [31]:

(5.14)

, где срок полезного использования, лет (5 лет);

стоимость оборудования и приборов (40000 руб.);

Аналогично рассчитаем амортизационные отчисления для

остального оборудования и сведем данные в таблицу 13 в

приложении Б.

Экспертным путем установлено, что затраты на текущий

ремонт составляют 5% от стоимости производственного

оборудования [31]. Таким образом, издержки на текущий

ремонт составят: 2700 руб. в год, а на единицу АМС - 24,5

руб.

76

Общие издержки по статье «Затраты на эксплуатацию и

содержание оборудования» составят в результате 487,14 руб.

на единицу продукции.

2.27.6 Расчет затрат на освоение новых конструкций и

организацию новых производств

К этой статье относятся затраты на ПКР и технологическую

подготовку, приведенные на единицу выпускаемой техники.

Таким образом:

(5.15)

Итоговая сумма издержек на производство единицы АМС

составляет 6764 рублей.

2.27.7 Расчет стоимости производства и реализации АМС

Рассчитанные выше данные сведем в итоговую таблицу 14 в

приложении Б.

Учитывая цены на продукцию конкурентов, цена реализации

будет 15000 рублей.

Рассчитаем нахождение точки безубыточности при заданных

параметрах, для этого построим график (рисунок 5.1):

77

Рисунок 5.1 – расчет точки безубыточности,

где n – число реализованных в год АМС, штук,

Profit(n) – прибыль от реализации n штук АМС за год,

рублей,

Expense(n) – расходы на производство n штук АМС за год,

рублей.

Отсюда безубыточность достигается при производстве и

продаже 75 штук АПК в год.

Отсюда, выручка от продажи годового объема выпуска АМС

составит:

= 1650000 руб. (5.16)

Издержки на производство годового объема выпуска АМС

определим по формуле:

= = 744040 руб. (5.17)

2.27.8 Анализ динамики прибыли

Данные экономических показателей по годам реализации

представлены в таблице 15 в приложении Б. Прибыль от

78

реализации продукции занимает наибольший удельный вес в

структуре прибыли отчетного периода, а величина ее зависит

в основном от трех факторов-издержек, объема производства

(продаж) и уровня действующих цен.

Деление издержек производства на переменные и условно-

постоянные позволяет проводить анализ динамики прибыли при

изменении перечисленных факторов. Графически это

представляется в виде графика безубыточности, на котором по

горизонтальной оси отражается объем продаж в натуральном

измерении за определенный период, а по вертикальной оси

переменные, постоянные и суммарные издержки и выручка от

реализации за тот же период.

К переменным издержкам относятся затраты на зарплату

рабочих (вклады социального страхования), материалы и

комплектующие, амортизационные отчисления [31].

К п о с т о я н н ы м и з д е р ж к а м о т н о с я т с я п р о ч и е

общепроизводственные затраты [31].

Срок окупаемости комплекса должен составить 10 лет.

Согласно плану продаж за десять лет будет произведено и

реализовано 1100 комплексов. Прибыль составит 16199123 руб.

На производство 1100 систем будет потрачено , что

соответствует полученным результатам (таблица 15 в

приложении Б).

79

6 ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЯ

2.28 Анализ опасных и вредных факторов, воздействующих

н а о б с л е д у е м о г о в о в р е м я п р о в е д е н и я

электрокардиографических исследований

Согласно классификации, приведенной в ГОСТ 12.0.003-76

«Опасные и вредные производственные факторы» [32],

последние можно условно разделить на 4 основные группы:

физические;

химические;

биологические;

психофизиологические.

Ни же п ри в ед ен ы фа к то ры , в оз де й ст ву ю щи е (и ли

воздействующие при определенных условиях) на обследуемого в

процессе проведения эксперимента по оценке моторики

сердечно-сосудистой системы:

физические:

повышенный уровень шума в помещении;

неисправность электрической сети, которая может

привести к короткому замыканию и электротравме

обследуемого;

недостаточная освещенность в помещении;

повышенная яркость света;

повышенный уровень статического электричества;

повышенный уровень электрического поля.

Далее проводится оценка наиболее существенных вредных

факторов и варианты нейтрализации их влияния на

обследуемого.

80

Шум

С физиологической точки зрения шум рассматривают как

звук, мешающий разговорной речи и негативно влияющий на

здоровье человека, вне зависимости от типа шума: инфразвук

(с частотой ниже 16 Гц), ультразвук (с частотой выше 20

кГц) или шум слышимого диапазона (в диапазоне частот от 16

до 20000 Гц).

Шум воздействует не только на органы слуха. Через нервные

волокна шум передается в центральную и вегетативную нервные

системы, а через них воздействует на внутренние органы,

приводя к значительным изменениям в функциональном

состоянии организма. Основными физическими величинами,

характеризующими шум в какой-либо точке пространства, с

точки зрения воздействия на человека, являются:

интенсивность (Вт/м2), звуковое давление (Па) и частота

(Гц).

Согласно ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие требования

безопасности» [33] нормируемой шумовой характеристикой

рабочих мест при постоянном шуме являются уровни звуковых

давлений в децибелах в октавных полосах. Основными

и с т о ч н и к а м и ш у м а в п о м е щ е н и и д л я п р о в е д е н и я

психофизиологических тестов являются:

системный блок персонального компьютера, создающий

определенный малый уровень шума, в данном расчете

принимаемый равным 10 Дб,

шум автомобилей за окном, уровень шума которой условно

принят равным 40Дб (уровень шума, создаваемый основой

автомагистралью равен 70 Дб)

В качестве результирующего уровня шума в помещении без

учета шума от системного блока можно принять 50 Дб, что

согласно ГОСТ 12.1.028-84 [34] и вышеупомянутому ГОСТу

12.1.003-83, меньше допустимого для лабораторий,

определяемого в 60 Дб.

81

Уровни напряжений и токов

Согласно ГОСТ 12.1.038-82 «Электробезопасность. Предельно

допустимые значения напряжений прикосновения и токов» [36]

введены предельно допустимые значения (ПДЗ) напряжений и

токов при определенном времени воздействия. Выдержки из

ГОСТ представлены в Таблица 6.11.

Таблица 6.1 – ПДЗ напряжений и токов в зависимости от

времени воздействия

Время

воздействия, с

0.01

-0.08

0

.2

0

.6Напряжение,

В

550 1

60

9

5Ток, мА 650 1

80

1

05Обеспечение подобных и меньших значений напряжений, и

токов, а также предупреждение возможности замыкания цепи с

повышенным уровнем напряжения через тело человека,

осуществляется благодаря гальванической развязке цепей

питания и соединения прибора с компьютером.

Питание осуществляется от разъема USB системного блока

компьютера с постоянным напряжением +5 В через

трансформаторную развязку. Напряжение пробоя – 4 кВ.

Развязка интерфейса сопряжения прибора и компьютера –

оптическая.

Таким образом, прибор не требует использования защитного

з а з е м л е н и я , т . е . о т н о с и т с я к о II к л а с с у

электробезопасности.

Прибор имеет электроды, непосредственно контактирующие с

пациентом, следовательно, по степени защиты от поражения

электрическим током он классифицируется как класс В.

Основные требования по электробезопасности при работе

медицинской аппаратуры с человеком изложены в:

82

а) ГОСТ Р 50267.0-92 (МЭК 601-1-88) «Изделия медицинские

электрические. Часть 1. Общие требования безопасности»

[37];

б) ГОСТ 8865-93. «Системы электрической изоляции. Оценка

нагревостойкости и классификация»;

в) ГОСТ 27905.1-88. Системы электрической изоляции

электрооборудования Оценка и классификация».

Организация работы с видеотерминальными устройствами

Видеотерминальное устройство (ВДТ) является основным

и с т о ч н и к о м р е н т г е н о в с к о г о , э л е к т р о м а г н и т н о г о ,

электростатического, ультрафиолетового и инфракрасного

излучения.

Таблица 6.2 - СанПиН-2.2.2/2.4.1340-03 [35]

Категория

работы с

ПЭВМ

Уровень нагрузки за рабочую

смену при видах работ с ВДТ

Суммарное время

регламентированны

х перерывовгруппа

А,

количест

во

знаков

группа

Б,

количест

во

знаков

группа

В, часов

при 8-

ми

часовой

смене

при 12-

ти

часовой

смене

I до 20000 до 15000 до 2,0 30 70II до 40000 до 30000 до 4,0 50 90III до 60000 до 40000 до 6,0 70 120Время регламентированных перерывов в зависимости от

продолжительности рабочей смены, вида и категории трудовой

деятельности с ПЭВМ.

По результатам измерений электромагнитных излучений

у с т а н о в л е н о , ч т о м а к с и м а л ь н а я н а п р я ж е н н о с т ь

электромагнитного поля на кожухе видеотерминала составляет

3.6 В/м, однако в месте нахождения оператора она

соответствует фоновому уровню (от 0.2 до 0.5 В/м), таким

83

образом самым сильным излучением ВТД является заднее и

боковое излучение. Электростатическое поле на расстоянии

около 0,5 м находится в пределах допустимых значений.

На расстоянии 5 см от экрана ВДТ напряженность

электромагнитного излучения составляет от 28 до 64 В/м для

различных типов мониторов, но на расстоянии 30 см эти

значения снижаются до промежутка от 0.3 до 2.4 В/м, что

удовлетворяет допустимым нормам электромагнитного излучения

Максимальный уровень рентгеновского излучения составляет

не более 10 млбэр/час, что значительно ниже допустимой

интенсивности облучения для бытовой электронной аппаратуры

(0.5 млбэр/час на расстоянии 5м).

Для дополнительного снижения электромагнитных излучений

рекомендуется использовать антибликовые защитные фильтры

для мониторов персональных компьютеров, имеющие сертификат

соответствия Госстандарта России или специальные очки с

защитным покрытием.

Среди большого количества различных типов и моделей

современных мониторов следует отдавать предпочтение жидко-

кристаллическим мониторам.

Частотой вертикальной развертки должна быть не менее 100

Гц для электронно-лучевых мониторов и 70 Гц – для

жидкокристаллических мониторов.

Требования к помещениям для эксплуатации ВДТ и ПЭВМ [37]

Помещения с ВДТ или ПЭВМ должны иметь естественное и

искусственное освещение.

Естественное освещение должно осуществляться через

световые проемы, ориентированные преимущественно на север и

северо-восток, и обеспечивать КЕО не ниже 1.2 % в зонах с

устойчивым снежным покровом и не ниже 1.5% на остальной

территории.

84

Площадь на одно рабочее место с ВДТ или ПЭВМ для взрослых

пользователей должна составлять не менее 6.0 м2, а объем –

не менее 20.0 м3.

Звукоизоляция ограждающих конструкций помещений с ВДТ или

ПЭВМ должна отвечать гигиеническим требованиям и

обеспечивать нормируемые параметры шума.

Помещения с ВДТ или ПЭВМ должны оборудоваться системами

отопления, кондиционирования воздуха или эффективной

приточно-вытяжной вентиляцией.

Для внутренней отделки интерьера помещений с ВДТ или ПЭВМ

должны использоваться диффузно-отражающие материалы с

коэффициентом отражения для потолка от 0.7 до 0.8; для стен

от 0.5 до 0.6; для пола от 0.3 до 0.5.

Поверхность пола в помещениях эксплуатации ВДТ или ПЭВМ

должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для

очистки и влажной уборки, обладать антистатическими

свойствами.

Требования к микроклимату

В производственных помещениях, в которых работают на ВДТ

или ПЭВМ, температура, относительная влажность и скорость

движения воздуха на рабочих местах должны соответствовать

действующим санитарным нормам микроклимата производственных

помещений.

При необходимости, для повышения влажности воздуха в

помещениях с ВДТ или ПЭВМ следует применять увлажнители

воздуха.

Содержание вредных химических веществ в воздухе помещений

использования ВДТ или ПЭВМ не должно превышать «Предельно

допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном

воздухе населенных мест».

Запрещается проводить ремонт ВДТ или ПЭВМ непосредственно

в рабочих помещениях.

85

2.29 Расчет освещенности в помещении для проведения

электрокардиографических исследований [38]

При оценке функционального состояния сердечно-

сосудистой системы человека рекомендуется удалить внешние

источники раздражения. Это связано требованиями минимальной

двигательной активности пациента. Внешними источниками

раздражения могут быть посторонние предметы и естественное

освещение (окна). При этом оператору необходимо следить за

физиологической реакцией испытуемого на экране, что

оказывает существенную нагрузку на его зрительную систему.

Ниже приведен расчет освещенности и выбор источника

искусственного освещения. Освещению помещений и рабочих

мест с ВДТ и ПЭВМ должна соответствовать требованиям,

изложенным в СанПиН 2.2.2.542-96. Рассчитанная площадь

помещения равна 18 м2 (6х3 м). Данное помещение по задаче

зрительной работы относится к группе № 2 – «Очень высокой

точности» (СНиП 23-05-95 [8]), т.к. наименьший размер

объекта различия, в данном случае пикселя составляет от

0,15 до 0,30. Высота помещения 3 м. Расположение компьютера

и обследуемого по отношению к световым проемам приведено на

рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 - Положение обследуемого при проведении

электрокардиографических исследований

86

2.29.1 Требования к освещению помещений

1. Для освещения помещения должно применяться только

искусственное освещение;

2. Уровни нормируемой освещенности с положительным

контрастом изображения (светлый знак на темном фоне)

приведены в таблице 6.3;

3. Коэффициент запаса для общего освещения в помещениях

с нормальными условиями среды не должен превышать 1,3, в

производственных помещениях с тяжелыми условиями среды —

1,5;

4. Коэффициент пульсации освещенности от общего

освещения или общего в системе комбинированного не должен

превышать 5% (впредь до освоения достаточного объема

выпуска светотехнических средств, необходимых для

обеспечения Кп 5%, допускается повышать Кп до 10%);

5. Коэффициент пульсации освещенности от местного

освещения во всех случаях не должен превышать 5%;

6. Общее локализованное освещение следует выполнять при

определенной компоновке рабочего места с полушироким

специальным светораспределением, желательно двухламповыми

«кососветами» с максимумом силы света под углами от 25 до

40°, яркость которых в зоне углов излучения от 50 до 90° не

более 200 кд/м2 [40];

Таблица 6.3 - Рекомендуемые уровни освещенности

Характеристика дисплея и

зрительной работы

Нормируемая освещенность, лк в

плоскости стола и клавиатуры

Ег, а также экрана Ев при

системеВид дисплея Время работы

за дисплеем,

%

общего

освещения

комбинированного

освещения

87

длительности

смены

Ег,

не

мене

е

Ев Ег,

не

мене

е

в том

числе

Ег от

общего

Ев

Алфавитно-

цифровой

одноцветный

Алфавитно-

цифровой

многоцветный

Графический

одноцветный и

многоцветный

Более 50

Менее 50

Более 50

300

400

300

от 100

до 150

от 150

до 200

от 75

до 100

400

500

400

300

400

200

от 100

до 150

от 150

до 200

от 75

до 100

88

2.29.2 Выбор типа источника света

Для освещения административных помещений, как правило,

применяют люминесцентные лампы; а там, где температура

окружающего воздуха может быть ниже +5оС и напряжение в сети

переменного тока падать ниже 90% номинального значения, и

для местного освещения следует выбирать лампы накаливания.

В качестве источников света при искусственном освещении

должны применяться преимущественно люминесцентные лампы

типа ЛБ. При устройстве отраженного освещения в помещениях

допускается применение металлогалогеновых ламп мощностью до

250 Вт. Допускается применение ламп накаливания в

светильниках местного освещения.

Общее освещение следует выполнять в виде сплошных или

прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от

рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при

рядном расположении ВДТ и ЭВМ. При периметральном

расположении компьютеров линии светильников должны

располагаться локализовано над рабочим столом ближе к его

переднему краю, обращенному к обследуемому.

Для освещения помещения в данном расчете выбраны

люминесцентные лампы. [38]

2.29.3 Выбор вида светильника

Для освещения помещений с ВДТ и ЭВМ следует применять

светильники серии ЛП036 с зеркализованными решетками,

укомплектованные высокочастотными пускорегулирующими

аппаратами. Допускается применять светильники серии ЛП036

без ВЧ ПРА только в модификации «Кососвет», а также

светильники прямого света – П, преимущественно прямого

света – Н, преимущественно отраженного света – В.

Применение светильников без рассеивателей и экранирующих

решеток не допускается.

89

Наиболее часто для освещения таких помещений используется

светильник ЛСП13-2х65-001 [42].

Параметры выбранного светильника:

Наименование серии (типа): ЛСП13Источник света – количество: 2Источник света – мощность, Вт: 40, 65Конструктивно – светотехническая схема: IBЭксплуатационная группа: 2Вид материала (покрытие): MСтепень защиты: IP20Класс светораспределения по ГОСТ 13828-74: ПКСС: ЛКПД, %: 75Способ установки по ГОСТ 13828-74: ССпособ монтажа: 1, 4, 5

Расчет освещенности искусственной системы освещения

Согласно [42] светильник относится к группе №2.

2.29.4 Выбор вида ламп.

В качестве источника света выбраны люминесцентные лампы

типа ЛБЦ-65 (ЛДЦ-65): люминесцентные белые улучшенной

цветопередачи.

2.29.5 Определение удельной мощности

Для высоты помещения 3 метра и лампы типа ЛБЦ-65 удельная

мощность общего равномерного освещения при освещенности 100

лк составляет 8,7 Вт/м2. Так как площадь помещения равна 18

м2, а требуемая освещенность – 300 лк (таблица 6.3), то

необходимая мощность составляет 8,7·18·3 = 470 Вт/м2.

2.29.6 Определение количества светильников

Исходя из удельной мощности 470 Вт/м2 количество

светильников равно ближайшему большему целому от результата

деления удельной мощности на мощность одного светильника,

т.е. , т.е. количество светильников равно 4.

90

2.29.7 Определение расположения светильников

Светильники следует расположить линейно в две линии

параллельно большей стороне помещения. Обеспечение

равномерного освещения достигается в том случае, если

отношение расстояния между центрами светильников L к высоте

их подвеса над рабочей поверхностью Hp составит 1,4. Так как

высота рабочего стола равна 0,7 м, высота светильников над

уровнем стола будет равна 2,2 м (3 м от пола). Тогда L = 3

м. Следовательно, количество светильников в линии будет

равно 2 шт. По отношению к меньшей стороне помещения

светильники расположены перпендикулярно, в соотношении

1:2:1 (стена – светильник, светильник– светильник,

светильник – стена).

2.30 Утилизация сопуствующих материалов при проведении

исследований в клинических условиях

При подготовке пациента к исследованию требуется

обработка поверхности прикрепления электродов электродно-

контактным веществом. В самой методике измерений

применяются одноразовые электроды. Следовательно, возникает

проблема утилизации ватных тампонов и использованных

электродов. В соответствии с санитарными правилами и

нормами СанПиН 2.1.7.2790 10 «Правила сбора, хранения и

удаления отходов лечебно-профилактических учреждений»

[43Error: Reference source not found] использованные ватные

тампоны и электроды относятся к классу А неопасные отходы

лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ). К этому классу

относятся отходы, обладающие следующими характеристиками

морфологического свойства: отходы, не имеющие контакта с

биологическими жидкостями пациентов, инфекционными

больными, нетоксичные отходы.

91

2.30.1 Общие правила организации системы сбора,

временного хранения и транспортирования отходов в ЛПУ

Организованная на территории ЛПУ система сбора,

временного хранения и транспортирования отходов должна

состоять из следующих звеньев:

а) Сбор отходов внутри медицинского подразделения

Сбор отходов класса А осуществляется в многоразовые

емкости или одноразовые пакеты. Одноразовые пакеты

располагаются на специальных тележках или внутри

многоразовых баков. Заполненные многоразовые емкости или

одноразовые пакеты доставляются к местам установки

(меж) корпусных контейнеров и перегружаются в контейнеры,

предназначенные для сбора отходов данного класса.

Многоразовая тара после сбора и опорожнения подлежит мытью

и дезинфекции.

б) Транспортирование и перегрузка отходов в

(меж) корпусные контейнеры

Пакеты для сбора отходов класса А должны иметь белую

окраску.

Используемые (меж)корпусные контейнеры должны обладать

герметичными плотно закрывающимися крышками. Конструкция

контейнеров должна быть полностью герметична и

влагонепроницаема, не допускать возможность контакта

посторонних лиц с их содержимым, недоступна животным.

в) Временное хранение отходов на территории ЛПУ

Хранение и транспортирование отходов по территории ЛПУ

класса А допускается только в герметичных многоразовых

контейнерах. Хранить не более 1 суток в естественных

условиях, более суток при температуре не выше 5 С.

При транспортировании отходов класса А разрешается

применение автотранспорта, используемого для перевозки

твердых бытовых отходов. Отходы могут быть захоронены на

обычных полигонах по захоронению твердых бытовых отходов.

92

При централизованном способе отходы ЛПУ обезвреживаются в

п е ч а х к р у п н ы х м у с о р о с ж и г а т е л ь н ы х з а в о д о в .

Месторасположение, условия эксплуатации, уровни воздействия

на окружающую среду данных заводов регламентируются

соответствующими нормативными документами.

г) Реализация схемы сбора и удаления отходов

При составлении плана сбора и удаления отходов

выполняются следующие мероприятия:

–качественный и количественный анализ отходов;

–определяется количество необходимой упаковки в

местах первичного сбора;

–разрабатывается система сбора и удаления отходов

(отходы класса А могут быть подвергнуты термическому

обезвреживанию или вывезены на специальные полигоны);

–р у к о в о д и т е л е м Л П У п о с о г л а с о в а н и ю с

территориальным центром Госсанэпиднадзором

утверждается инструкция, устанавливающая правила

обращения с отходами и персональную ответственность

сотрудников, схема удаления отходов.

2.30.2 Эффективная система утилизации медицинских отходов

Правила обращения с медицинскими отходами были описаны

выше. Технологии же, которые способны были бы гарантировать

выполнение этих требований до конца, не разработаны.

Ввиду серьезности, важности, актуальности, а самое

главное, необходимости решения проблем безопасности

переработки и утилизации медицинских отходов во всем мире

разрабатывают эффективные, надежные, безопасные технологии

утилизации медицинских отходов.

В соответствии с СанПин 2.1.7.2790 10 разработаны

специальные контейнеры одноразового и многоразового

пользования. После согласований был утвержден контейнер

93

диаметром 280 и высотой 280 мм с толщиной стенки от 3 до

4 мм. Такой контейнер емкостью от 10 до 11 л. изготовляется

из макулатуры. Масса пустого контейнера не более одного

килограмма. Контейнер имеет ручку, которую можно

использовать многократно. Контейнер снабжен крышкой с

защелкой, что исключает его самооткрывание при падении.

Медицинские отходы повышенной влажности также можно

перевозить в таких контейнерах. Их необходимо упаковать в

полиэтиленовые пакеты и только потом помещать в контейнер.

Для перевозки одноразовых контейнеров разработан

многоместный контейнер, который при проведении

соответствующей санитарной обработки можно использовать

многократно. Такие контейнеры изготовляют из полиэтилена, и

они имеют необходимую прочность и герметичность.

Анализ способов уничтожения медицинских отходов позволил

заключить, что сжигание при высоких температурах является

способом, в наибольшей степени отвечающим требованиям

экологической безопасности при переработке медицинских

отходов.

В соответствии с этим Инженерным центром УГТУ УПИ были

разработаны высокотемпературные термические агрегаты,

работающие на природном газе и способные перерабатывать от

50 до 250 кг опасных медицинских отходов в час.

При проектировании агрегатов была решена серьезная

экологическая проблема, связанная с выбросами в окружающую

среду атмосферу, водоемы и почву, высокотоксичных

соединений диоксинов, фуранов и пр. В общем случае

диоксины разлагают на составляющие и предпринимают меры по

недопущению их образования вновь:

температура процесса от 1250 до 1400 С;

окислительная среда, которая формируется при

коэффициенте избытка воздуха более 1,05;

94

длительность пребывания продуктов переработки при

высоких температурах от 3 до 5 с.

При соблюдении этих условий 99% диоксинов разлагается в

нетоксичные вещества. Глубокая очистка выбрасываемых в

атмосферу газов обеспечивается мокрой очисткой газа в

компактных орошаемых трубах Вентури. Для более полного

использования теплоты продуктов сгорания и повышения

экономических показателей работы центра необходимо

применять котел-утилизатор.

95

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

За время выполнения дипломного проекта были проведены

теоретические и практические исследования и получены

следующие результаты:

– в медицинской части проекта была приведена статистика

сердечно-сосудистых заболеваний в России, рассмотрена

проблема аритмии и ее диагностики;

– в исследовательской части проекта был проведен обзор

существующих систем для кардиотелеметрии, разработана БТС

для электрокардиографии с каналом передачи данных по сети

интернет и составлены медико-технические требования;

– в конструкторской части была разработана структурно-

функциональная схема АМС для электрокардиографии с каналом

передачи данных по сети Интернет, принципиальная схема АМС.

Составлены алгоритмы для передачи данных и обработки

сигнала ЭКГ. В соответствии с приведенными алгоритмами было

спроектировано и разработано программное обеспечение для

передачи, сохранения, визуализации данных и их последующей

обработки.

– в технологической части работы разработана печатная

плата электрокардиографа, технологический процесс сборки и

монтажа печатной платы, разработан корпус прибора и процесс

его сборки;

– в организационно-экономической части проведено технико-

экономическое обоснование проектирования и производства АМС

для электрокардиографии, были рассчитаны экономическая

эффективность и срок окупаемости проекта;

– в разделе «Охрана труда и экология» был проведен анализ

о п а с н ы х и в р е д н ы х ф а к т о р о в п р и и с п о л ь з о в а н и и

электрокардиографов, процесса утилизации медицинских

отходов;

96

4. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. О ф и ц и а л ь н ы й с а й т Ф е д е р а л ь н о й с л у ж б ы

государственной статистики. [Электронный ресурс]

(http :// www . gks . ru /) Проверено 15.05.2013.

2. Сумин С.А. Неотложные состояния. Медицинское

информационное агентство, 2006. — 800 с.

3. Ревин В.В., Максимов Г.В., Кольс О.Р. Биофизика:

учебник / под ред. проф. А.Б. Рубина. - Саранск: Изд-во

Мордов. Ун-та, 2002. - 156 с.

4. Коломиец С.Н. Введение в ЭКГ. Одесса: Одесский

национальный медицинский университет, 2012. - 83 с. : ил.

5. Зудбинов Ю.И. Азбука ЭКГ. Изд. 3-е. Ростов-на-

Дону: изд-во «Феникс», 2003. – 160 с.

6. Медицинские телеметрические системы. [Электронный

ресурс] (http :// www . telmed . ru /) Проверено 18.05.2013.

7. Aerotel Medical Systems. [Электронный ресурс]

(http://www.aerotel.com/) Проверено 18.05.2013.

8. Лощилов В.И., Щукин С.И. Принципы анализа и

синтеза биотехнических систем: учебное пособие по курсу

"Теоретические основы биотехнических систем" / ред. Лощилов

В.И.; М.: МВТУ им. Н. Э. Баумана, 1987. - 67 с.

9. Ершов Ю. А., Щукин С. И. Основы анализа

биотехнических систем. Теоретические основы БТС: учеб.

пособие / Ю. А. Ершов, С. И. Щукин – М.: Изд-во МГТУ им. Н.

Э. Баумана, 2011. – 526, [2] с.

10. ГОСТ Р 15.013-94 Система разработки и постановки

продукции на производство. Медицинские изделия.

11. Орлов Ю. Н., Электроды для измерения

биоэлектрических потенциалов. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана,

2006. – 224 с.

12. Описание микроконтроллера MSP430AFE253

[Электронный ресурс]

97

(http://www.ti.com/product/msp430afe253) Проверено

23.05.13.

13. Описание микросхемы FT232R [Электронный ресурс]

(http :// www . ftdichip . com / Products / ICs / FT 232 R . htm) Проверено

23.05.13.

14. Описание микросхемы INA118 [Электронный ресурс]

(http://www.ti.com/product/ina118) Проверено 23.05.13.

15. Описание микросхемы OPA232 [Электронный ресурс]

(http :// www . ti . com / product / opa 232) Проверено 23.05.13

16. Описание микросхемы MAX1044 [Электронный ресурс]

(http://www.micrel.com/_PDF/mic5233.pdf) Проверено 23.05.13

17. Вигерс К.И. Разработка требований к программному

обеспечению. Software Requirements. / К. И. Вигерс – М.:

Изд-во Русская Редакция, 2004г. - 576 с.

18. Леффингуэлл Д., Уидриг Д. Принципы работы с

требованиями к программному обеспечению. Унифицированный

подход / Д. Леффингуэлл, Д. Уидриг – М.: Изд-во Вильямс,

2002г. - 448с.

19. Официальный сайт Node.js. [Электронный ресурс]

(http :// nodejs . org /) Проверено 20.05.2013.

20. Официальный сайт PHP: Hypertext Preprocessor

[Электронный ресурс] (http :// php . net /) Проверено

20.05.2013.

21. ГОСТ10317-79 Платы печатные. Основные размеры

22. ГОСТ 23751-86 Платы печатные. Основные параметры

конструкции

23. ГОСТ 29137-91 Формовка выводов и установка изделий

электронной техники на печатные платы. Общие требования и

нормы конструирования

24. Скворцов Ю.В. Организационно-экономические вопросы

в дипломном проектировании: Учеб. Пособие. – 2-е изд.,

перераб. и доп. – М.: Студент, 2012. – 374 с.

98

25. « Т и п о в ы е н о р м ы в р е м е н и н а р а з р а б о т к у

конструкторской документации», Санкт-Петербург, ВНИИ

«Электро», 1993

26. Постановление Правительства РФ от 5 августа 2008

г. N 583 «О введении новых систем оплаты труда работников

федеральных бюджетных учреждений и федеральных

государственных органов, а также гражданского персонала

воинских частей, учреждений и подразделений федеральных

органов исполнительной власти, оплата труда которых

осуществляется на основе Единой тарифной сетки по оплате

труда работников федеральных государственных учреждений».

27. Постановление Правительства Москвы от 1 апреля

2008 г. № 231-ПП «Об увеличении тарифных ставок (окладов)

Единой тарифной сетки по оплате труда работников

государственных учреждений города Москвы». Официальный

сервер Правительства Москвы [Электронный ресурс]

(http://www.mos.ru/)

28. Федеральный закон от 19 июня 2000 г. N 82-ФЗ "О

минимальном размере оплаты труда" (с изменениями от 29

апреля, 26 ноября 2002 г., 1 октября 2003 г., 22 августа,

29 декабря 2004 г.

29. Приказ Минздравсоцразвития России от 29 мая 2008

г. № 247н «Об утверждении профессиональных квалификационных

групп общеотраслевых должностей руководителей, специалистов

и служащих».

30. Классификация основных средств, включаемых в

амортизационные группы. – М.: ИНФРА-М, 2003.

31. Приказ МФ РФ от 06.05.99г. № 33н «Об утверждении

Положения по бухгалтерскому учету «Расходы организации»

(ПБУ 10/99).

32. Г О С Т 1 2 . 0 . 0 0 3 - 7 6 « О п а с н ы е и в р е д н ы е

производственные факторы, классификация»

99

33. ГОСТ 12.1.003-83 «Шум. Общие требования

безопасности»

34. ГОСТ 12.1.028-84 «Шум. Определение шумовых

характеристик. источников шума»

35. СанПиН-2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования

к персональным электронно-вычислительным машинам и

организации работы»

36. ГОСТ 12.1.038-82 «Электробезопасность. Предельно

допустимые значения напряжений прикосновения и токов»

37. ГО С Т Р 5 0 2 6 7 . 0 - 9 2 « И з д е л ия м е д и ц ин с к и е

электрические. Часть 1. Общие требования безопасности»

38. Методические указания МУ 2.2.4.706—981/МУ ОТ РМ 01

—98 «Оценка освещения рабочих мест»

39. С Н и П 2 3 - 0 5 - 9 5 Естесвенное и искусственное

освещение

40. СНиП 2.09.08–90 «Нормы проектирования. Здания

вычислительных центров и помещений для размещения ЭВМ»

41. Ю.Б.Айзенберг, Справочная книга по светотехнике,

1995 г., раздел 12.2.6. «Помещения с дисплеями и

видеотерминалами»

42. Г.М.Кнорринг Справочная книга для проектирования

электрического освещения, 1976 г.

43. СанПиН 2.1.7.2790 10 «Правила сбора, хранения и

удаления отходов лечебно-профилактических учреждений»

100

5. ПРИЛОЖЕНИЕ А

Формулировка медико-технических требований для

электрокардиографа с каналом передачи данных по сети

интернет:

1 Наименование и область применения изделия

1.1 АМС для электрокардиографии с каналом передачи данных

по сети интернет

1.2 Данных прибор предназначен для не инвазивной

диагностики функционального состояния сердечной мышцы

2 Основание для разработки

2.1 Учебный план факультета БМТ специальность 201000.

Задание на дипломный проект на тему «Разработка АМС для

электрокардиографии с каналом передачи данных по сети

интернет»

3 Исполнители разработки

3.1 Исполнитель: студент кафедры «БМТ-2» факультета

«Биомедицинская техника» МГТУ им. Н.Э.Баумана группы БМТ2-

121 Вербицкий Л.И.

3.2 Руководитель: к.т.н., доцент кафедры «БМТ-1» Карпухин

В.А.

4 Цель и назначения разработки

4.1 Цель разработки – создание прибора, отличающегося от

аналогов:

• более низкой ценой;

• наличием дополнительного канала передачи данных;

• использованием общего сервера для хранения данных.

4.2 Прибор должен быть разработан на основе современной

элементной базы и должен обеспечивать автоматизированную

обработку результатов измерений

4.3 Комплекс должен быть удобен в работе

101

5 Источники разработки

5.1 Анализ передовых достижений и технического уровня

отечественной и зарубежной техники в данной области.

Результаты исследований по данной тематике отечественных и

зарубежных учёных отражённые в соответствующих диссертациях

5.2 Патенты на изобретения в данной области

5.3 ГОСТ Р 50267.0-92 - Изделия медицинские

электрические. – М.: Издательство стандартов, 1992.

5.4 ГОСТ Р 50444-92 - Приборы, аппараты и оборудование

медицинское. – М.: Издательство стандартов, 1992.

6 Медицинские требования

6.1 Прибор должен соответствовать требованиям ГОСТ

Р50444-92, предъявляемым к приборам, аппаратам,

медицинскому оборудованию.

6.2 Прибор должен обеспечивать стационарное проведение

измерений электрического потенциала сердечно-сосудистой

системы человека и регистрацию этих параметров.

6.3 Работа прибора должна исключать возможности

отрицательных побочных эффектов.

6.4 Медицинские последствия нарушения функционирования

изделия во время его применения должны соответствовать ГОСТ

Р 51609-2000 (Изделия медицинские. Классификация в

зависимости от потенциального риска применения. Общие

требования).

6.5 Прибор относится к классу риска 2б.

6.6 Физический и медико-биологический эффекты

соответствуют ГОСТ 19687-89 «Приборы для измерения

биоэлектрических потенциалов сердца. Общие технические

требования и методы испытаний».

102

6.7 Отображение медико-биологической информации

осуществляется за счет вывода/хранения данных измерений на

персональном компьютере и сервере медицинского учреждения.

7 Технические требования

7.1 Состав изделия

7.1.1 Основные составные частя изделия

• блок регистрации;

• компьютер;

• одноразовые электроды;

• средства укладки и упаковки;

• тара транспортировочная по ГОСТ 20790-82.

7.2 Показатели назначения

7.2.1 Технические параметры

Технические параметры изделия соответствуют ГОСТ 19687-89

«Приборы для измерения биоэлектрических потенциалов сердца.

Общие технические требования и методы испытаний».

7.2.2 Метрологические характеристики средств измерения

медицинского назначения по ГОСТ 8.009, ГOCT 8.259, ГОСТ

22261 и стандартам на виды средств измерения.

Требования к метрологическим характеристикам средств

измерения медицинского назначения предъявляются по ГОСТ

8.009-84 (группа 2) (Государственная система обеспечения

единства измерений. Нормируемые метрологические

характеристики средств измерений), ГОСТ 22261-94 (группа 4)

(Средства измерений электрических и магнитных величин.

Общие технические условия).

7.2.3 Характеристики энергопитания

Используется электропитание напряжением +5 В от сети

персонального компьютера

7.2.4 Временные характеристики:

7.2.4.1 Требуемое время непрерывной работы

Не менее 5 минут

103

7.2.4.2 Характеристики рабочего цикла

Время одного рабочего цикла не менее 24 часов

7.2.4.3 Время готовности (подготовки) к работе.

Не более 5 минут.

7.3 Требования безопасности по стандартам на виды изделий

Требования безопасности по стандартам на виды изделий

предъявляются в соответствии с ГОСТ 50267.0.2-2005.

7.3.1 Требования к уровням шума, радиации, излучении н т.

д.

Требования к уровням шума, радиации, излучений

предъявляются в соответствии с ГОСТ Р 50267.0.2-2005 и ГОСТ

51318.14.1.

7.3.2 Требования к уровню вредных и опасных воздействий,

возникающих при работе изделия.

Требования к уровню вредных и опасных воздействий,

возникающих при работе изделия предъявляются в соответствии

с ГОСТ Р ИСО 9919-99.

7.3.3 Требования безопасности при монтаже, использовании,

техническом обслуживании и ремонте (при необходимости).

7.3.3.1 Корпус изделия должен быть безопасным при

монтаже, использовании, техническом обслуживании и ремонте.

7.3.3.2 Изделие не должно использоваться в условиях

сильной электромагнитной обстановки по ГОСТ 30372-95.

7.3.3.3 Требования к пожаро- и взрывобезопасности не

предъявляются.

7.3.4 Токсикологические требования к изделию, материалам

и покрытиям (при необходимости).

Токсикологические требования к изделию, материалам и

покрытиям предъявляются в соответствии с ГОСТ 9.303-84.

7.3.5 Требования к температуре наружных частей изделия.

Температура электродов при наложении должна быть в

интервале от +20°С до +35°С.

7.4 Требования к надежности

104

7.4.1 Класс изделия и (или) его составных частей в

зависимости от последствий отказов по ГОСТ Р 50444.

7.4.1.1 Устройство относится к классу В по ГОСТ Р 50444.

7.4.2 Показатели безотказности, долговечности,

ремонтопригодности и сохраняемости изделия и (или) его

составных частей (каналов, блоков и т, п.) по РД 50—707.

Требования к показателям безотказности, долговечности,

ремонтопригодности и сохраняемости изделий и его составных

частей предъявляются в соответствии с ГОСТ 20790-93.

7.4.3 Метод и стадия контроля показателей надежности.

Безотказность работы изделия должна подтверждаться

экспериментальным методом на этапе технического

проектирования.

7.5 Требования к конструктивному устройству

7.5.1 Габаритные размеры, масса (объем) изделия.

Габаритные размеры изделия не должны превышать 101х60х26

мм

Масса изделия не должна превышать 500 г.

7.5.2 Площадь, занимаемая изделием.

Площадь, занимаемая изделием, не должна превышать 60,6

см2

7.5.3 Требования к материалам, полуфабрикатам и

комплектующим изделиям.

Требования к материалам, полуфабрикатам и комплектующим

изделиям предъявляются в соответствии с ГОСТ Р ИСО 10993-

9(13,14,15)-2009.

7.5.4 Требования к покрытиям и средствам защиты от

коррозии.

Гальванические и лакокрасочные покрытия должны

обеспечивать противокоррозионную защиту устройства

заданного исполнения.

Покрытия должны отвечать требованиям ГОСТ 9.032-74, ГОСТ

9.301-86.

105

7.5.5 Требования к параметрическому и конструктивному

сопряжению с другими изделиями для работы в комплексе.

Изделие должно сопрягаться с ПК посредством порта USB.

7.5.6 Специфические конструктивные требования.

Не предъявляются.

7.6 Эргономические требования

7.6.1 Требования, обеспечивающие соответствие изделия

антропометрическим возможностям человека.

Не предъявляются

7.6.2 Требования, обеспечивающие соответствие изделия

физиологическим возможностям человека.

Изделие должно обеспечивать индикацию активности

сердечной мышцы до частот от 0.01 до 100 Гц

7.7 Эстетические требования

Изделие должно по внешнему виду соответствовать

современным требованиям технической эстетики и дизайна.

7.8 Требования патентной чистоты и патентоспособности

7.8.1 Требования по обеспечению патентной чистоты

разрабатываемого изделия.

Требования на патентную чистоту изделия не предъявляются.

7.9 Требования к маркировке и упаковке

7.9.1 Требования к маркировке и упаковке предъявляются в

соответствии с ГОСТ Р 50444 и ГОСТ 9.014.

7.9.2 Требования к качеству маркировки, содержанию,

способу и месту нанесения маркировки.

7.9.2.1 Упаковочная тара изделия должна содержать

сведения о наименовании изделия, наименовании предприятия-

изготовителя, дате упаковки.

7.9.3 Требования к консервации и упаковке изделия, я том

числе требования к таре, материалам, применяемым при

упаковке и т. д.

7.9.3.1 Для длительного хранения и консервации

предъявляются требования по ГОСТ 9.014-78.

106

8 Метрологическое обеспечение

8.1 Требования к разработке, аттестации и постановке на

производство специальных средств поверки, стендовой

аппаратуры, стандартных образцов состава и свойств веществ

и материалов, при необходимости в них при испытаниях и

эксплуатации.

8.1.1 Специальные средства поверки не требуются

8.2 Требования к разработке и включению в состав изделия

средств и устройств его калибровки, самоконтроля и

технического диагностирования.

8.2.1 Специальные средства поверки не требуются

107

6. ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Таблица 1 - Структура рынка потребителей разрабатываемого

прибора

Потенциальные потребители Количество учреждений

Городские больницы и поликлиники 450

Медицинские центры 120

Итого 570

Таблица 2 - Структура сметы затрат на КПП и ТехПП

проектируемой ПАК

1. Материальные затраты 35,0%2. З а т р а т ы н а оп л а т у т р у да

исполнителей:

основная оплата труда;

дополнительная оплата

труда

30,0%

3. Отчисления во внебюджетные фонды4. Амортизационные отчисления 5,0%5. Прочие расходы 35,0%

Таблица 3 - Трудоемкости этапов проектных работ

№ Содержание этапаТрудоёмкость,

%

1КПП Согласование и утверждение технического

задания3

2 Сбор, изучение, анализ и обобщение

подобранных материалов и научно-технической

информации.

4,5

108

3Разработка основных направлений работ и

теоретических вопросов.5

4 Эскизное проектирование изделия 105

Техническое проектирование изделия 15

6 Оформление конструкторской документации 12,5

7ТехПП Технологическая и материальная подготовка

производства.30

8Проведение стендовых и эксплуатационных

испытаний10

9Разработка методики наладки и ввода изделия

в эксплуатацию10

Итого: 100

Таблица 4 - Трудоемкость этапов выполнения ТПП

№ Содержание этапаТрудоём

кость, %

Трудоёмк

ость, чел/час

1С о г л а с о в а н и е и у т в е р ж д е н и е

технического задания3 48

2

Сбор, изучение, анализ и обобщение

подобранных материалов и научно-

технической информации.

4,5 72

3Разработка основных направлений

работ и теоретических вопросов.5 79

4 Эскизное проектирование изделия 10 1585

Техническое проектирование изделия 15 238

6О ф о р м л е н и е к о н с т р у к т о р с к о й

документации12,5 198

7

Технологическая и материальная

подготовка производства, изготовление

деталей, сборка и монтаж узлов

30 475

8П р о в е д е н и е с т е н д о в ы х и

эксплуатационных испытаний10

158

9Разработка методики наладки и ввода

изделия в эксплуатацию10 158

Итого: 100 1584

Таблица 5 - Подробное расписание этапов проектирования.

109

№ Содержание этапа

Трудоемкостьэтап

а, %

Необх.чел

/дн

1Согласование и

утверждение ТЗ5 10

2

Сбор, изучение,

анализ и обобщение

подобранных

м а т е р и а л о в и

научно-технической

информации

15 30

3

Разработка

основных

направлений работ и

теоретических

вопросов

10 20

4

Конструкторская

и технологическая

проработка проекта

10 20

5

Эскизная

разработка чертежа

о б щ е г о в и д а и

сборочных чертежей

10 20

6

Техническое

проектирование:

разработка

рабочих чертежей

30 60

7

Разработка

опытного образца.

Р е г у л и р о в к а и

настройка.

15 30

110

8

Составление

в ы в о д о в и

п р е д л о ж е н и й п о

теме. Оформление

отчета.

5 10

Итого 100 200Таблица 6 - К о л и ч е с т в о и с п о л н и т е л е й П К Р ,

продолжительность этапов.

№ этапа 1 2 3 4 5 6 7 8 СуммаКоличество

исполнителей,

чел.

3 3 4 4 4 4 3 2

Продолжительнос

ть, дни4 10 5 5 5 15 10 5 59

Таблица 7 - Используемые в расчетах тарифные ставки (оклады) в

соответствии с ЕТС.

Квалификацион

ный уровень 3 4 5

Оклад, рублей 5900 6000 7500

Таблица 8 - Заработная плата работников по этапам.

№этапа

Исполнители Оклад,руб/день

Длительностьработы,дней

Сумма,рублей

1 ведущий инженер 5- 357.14 4 3695.2

111

ого квалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

инженер-конструктор 3-огоквалификационногоуровня

285.71

280.95

2 ведущий инженер 5-ого квалификационногоуровня

инженер-программист 4-огоквалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

357.14

285.71

285.71

10 9285.6

3 ведущий инженер 5-ого квалификационногоуровня

инженер-конструктор 3-огоквалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

357.14

280.95

285.71

285.71

5 6046.5

4 ведущий инженер 5-ого квалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

инженер-программист 3-огоквалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

357.14

285.71

280.95

285.71

5 6046.5

5 ведущий инженер 5-ого квалификационного

357.14 5 6046.5

112

уровня инженер-

конструктор 3-огоквалификационногоуровня

инженер-инженер-

конструктор 4-огоквалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

280.95

285.71

285.71

6 ведущий инженер 5-ого квалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

инженер-программист 3-огоквалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

357.14

285.71

280.95

285.71

15 18139.5

7 ведущий инженер 5-ого квалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

инженер-программист 3-огоквалификационногоуровня

357.14

285.71

280.95

10 9235

8 ведущий инженер 5-ого квалификационногоуровня

инженер-конструктор 4-огоквалификационногоуровня

357.14

285.71

5 3214.25

Итого: 61709.05 рублей.

Таблица 9 – Итоговая смета затрат на проведение НИОКР

113

№ Вид затрат Сумма затрат, руб.1 Материалы и комплектующие 2309.77

2

Затраты на оплату труда и отчисления на

социальные нужды167354.94

3 Амортизационные отчисления 2871.874 Прочие расходы 11579.81Итого 184116.39

Таблица 10 - Затраты на материалы и комплектующие

№

Наименование

материала,

комплектующие

изделия.

Ед.

изм.

Кол-во

в 1

приборе

Цена за

ед., руб.

Сумма,

руб.

1Микросхема

MSP430AFE253IPWшт. 1 129.13 129.13

2Микросхема

FT232RLшт. 1 164.32 164.32

3Микросхема

INA118шт. 3 205.15 615,45

4Микросхема

ADUM6201шт. 1 371.00 371.00

5Микросхема

OPA2345шт. 2 51.10 102.2

6Микросхема

TS12A12511DGKRшт. 2 54 108

7Микросхема

MIC5233YM5шт. 2 53.50 107

8Микросхема

TPS72301DBVTшт. 1 81.32 81.32

9Микросхема

MAX1731ADM8828ARTшт. 1 66.10 66.10

10 Разъем 4x1 шт. 3 20.77 62,31

11 Разъем miniUSB шт. 1 17.84 17.84

12Резистор

0603 1% 10кОмшт. 13 4.5 58.5

114

13Резистор

0603 1% 27кОмшт. 6 7.2 43.2

14Резистор

0603 1% 10МОмшт. 2 7.2 21.6

15Конденсатор

0603 1% 1мкФшт. 20 6.1 122

16Конденсатор

0603 1% 0,1мкФшт. 7 7.2 50.4

17Конденсатор

0603 1% 0,2мкФшт. 3 12 36

18Конденсатор

0603 1% 2,7пФшт. 2 4.8 9.6

19

Кварцевый

резонатор

0531(MJ)SMD 12

МГц

шт. 1 140 140

20

Чип

индуктивности

TL160808-100K

шт. 1 56 56

21 Корпус шт. 1 150 150

Итого 2309.77

Таблица 11 - Состав исполнителей и продолжительность их

работы по изготовлению, сборке и наладке единицы АМС

№

опера

ции

Содержание

работ

Трудо

емкость,

чел./час

Квалификац

ия

исполнителей

Раз

ряд

Продолжи

тельность

операции,

часов

1

Сборка

и

проведение

тестовых

испытаний.

18 Инженер 12 18

115

2

Электри

ческий

монтаж.

22 Монтажник 8 22

Таблица 12 - Квалификация и разряд оплаты исполнителей.

Квалификаци

я

Кол

-во

Раз

ряд

З/пл

з а 1

день,

Общая

занятость,

часов

Количество

раб. дней

Инженер 1 12 285.71 18 2.25

Монтажник 1 8 195.76 22 2.75

Таблица 13 - Расчеты по статье «Амортизация оборудования»

Оборудование тип,

марка

Кол

-во

Балансовая

стоимость, руб.

,

лет.

,

руб.Персональный

компьютер

1 40000 5 8000

Компьютерная мебель 2 10000 7 2857

Установка пайки УПВ` 1 14000,00 12.5 1750Стол монтажный 1 4000 12.5 320ИТОГО: в год 12927Всего на единицу АМС 117.5

Таблица 14 - Калькуляция стоимости производства и

реализации единицы АМС, руб.:

1. Сырье и материалы. -2.Покупные полуфабрикаты и комплектующие

изделия.

2309

.773.Возвратные отходы -

4. Транспортно-заготовительные расходы200.0

05. Топливо и энергия м на технологические цели

(35 Квт/ч х 0.5)

63.7

06. Основная заработная плата производственных

рабочих

1181

.19

7. Дополнительная заработная плата1181

.198. Отчисления во внебюджетные фонды 841.

116

019 . Затраты на эксплуатацию и содержание

оборудования.

487.

14

10. Цеховые расходы300.

00

11. Общепроизводственные расходы150.

0012. Затраты на освоение новых конструкций, а также

организацию новых производств-

Итого производственные затраты:6910

.91

13. Внепроизводственные (коммерческие расходы)50.0

0

Стоимость производства и реализации единицы АМС 6764

Таблица 15 - Экономические показатели по годам реализации

ПоказателиГода1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Объем

выпуска, шт.110 110 110 110 110

1

1

0

110 110 110 110

Постоянные

затраты,

руб.

7440

40

7440

40

7440

40

7440

40

7440

40

7

4

4

0

4

0

7440407440

40

7440

40

7440

40

Переменные

затраты,

руб.

6137

21

6137

21

6137

21

6137

21

6137

21

6

1

3

7

2

1

6137216137

21

6137

21

6137

21

Суммарные

затраты,

руб.

1357

761

1357

761

1357

761

1357

761

1357

761

1

3

5

7

135776

1

1357

761

1357

761

1357

761

117

7

6

1

Прибыль,

руб.

1650

000

1650

000

1650

000

1650

000

1650

000

1

6

5

0

0

0

0

16500001650

000

1650

000

1650

000

118

7. ПРИЛОЖЕНИЕ В

server.js

var Config = require(__dirname+'/Core/Config')

, router = require(Config.dirNodeModules+'router') //

роутер по жестким путям

, Router = require(Config.dirCore+'Router') // роутер

системы

, m a n e S o c k e t =

require(Config.dirControllers+'maneSocket') // контроллер

соккетов

, net = require('net')

, crypto = require ('crypto')

, events = require('events')

, util = require('util');

var HOST = '127.0.0.1';

var TCPPORT = 6133;

var emitter = new events.EventEmitter;

var devicename = '';

var tcp_server = net.createServer(function(socket)

{

var randomCid = new Date().getTime() +

Math.floor(Math.random() * 1000);

randomCid = randomCid.toString();

v a r c i d =

crypto.createHash('md5').update(randomCid).digest("hex");

var rA = socket.remoteAddress;

var rP = socket.remotePort;

socket.cid = cid;

Config.clients[cid] = {'name': '', 'ip': rA, 'port':

rP};

Config.App.emit('clientschange', Config.clients);

119

socket.write('IP:' + rA + '\r\n' + 'Connection ID:'

+ cid + '\r\n');

console.log('CONNECTED: ' + rA +':'+ rP);

console.log(Config.clients);

socket.on('close', function(data) {

console.log('CLOSED: ' + rA +' '+ rP);

delete Config.clients[cid];

Config.App.emit('clientschange', Config.clients);

});

socket.on('data', function(data) {

var data = String(data);

if (data.indexOf('pid_') == 0){

var devicename = data.replace('pid_','');

getDeviceName(devicename);

}else if(data.indexOf('d_') == 0){

var data = data.replace('d_','');

getData(data);

}

console.log('Client-Send: '+data);

});

socket.on('error', function (err){

console.log('socket error:' + err);

});

function getDeviceName(devicename){

Config.clients[cid] = {'name': devicename, 'ip':

rA, 'port': rP};

Config.App.emit('clientschange', Config.clients);

}

120

function getData(data){

var data = {'index': socket.cid, 'data': data};

Config.App.emit('clientdata', data);

}

});

tcp_server.listen(TCPPORT);

console.log('Server listening on ' + HOST +':'+ TCPPORT);

var args = Router.getUrlVars("?"+process.argv[2]);

Config.server.listen(args.PORT||8000);

Config.server.on('request',Router.autoRouter);

Config.io.sockets.on('connection', function (socket) {

maneSocket(socket);

});

121

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ECG.php

<?php

/**

* Created by JetBrains PhpStorm.

* User: Verbitskiy

* Date: 18.04.13

* Time: 14:17

*/

class ECG

{

/**

* @var integer contains value of Sampling Frequency

*/

private $freq;

/**

* @var float contains value of 1/Sampling Frequency

*/

private $T;

/**

* @var int Refractory period in ms

*/

public $refperiod;

/**

* @var array contains the values of the ECG

*/

private $ECG = array();

/**

122

* @var array contains the values of first derivative

of the ECG

*/

private $FDRV = array();

public $RR = array();

/**

* @var int ecg time in seconds;

*/

private $ECGtime;

private $Rvalues = array();

/**

* @var integer contains the count of QRS complexes

*/

private $QRScount;

public $maxFDRV = array();

function __construct($refperiod, $freq) {

$this->T = 1/$freq;

$this->freq = $freq;

$refperiodcount = round($refperiod * ($freq /

1000)); // Counts during refractory period

$this->refperiod = $refperiodcount;

}

/**

* ReadECG

*

* Reads the value of the ECG from a text file

123

* Stores them in an ECG array

*

* @param string $path path to a text file that

contains the ECG data

* @param integer $freq value of Sampling Frequency

*/

public function ReadECG($path){

$file = fopen($path, "r");

$ecg = array();

while (!feof($file)) {

$ecg[] = (float)trim(fgets($file));

}

fclose($file);

$this->ECG = $ecg;

$this->ECGtime = count($this->ECG) * $this->T;

}

/**

* TakeECG

*

* Creates an array of ECG with time component

*

* @return json Returns json-string of ECG data

*/

public function TakeECG(){

$ecg = $this->ECG;

$reecg = array();

$i = 0;

124

foreach ($ecg as $cont){

$reecg[] = array($i,$cont+3);

$i = $i + $this->T;

}

$ret = json_encode($reecg);

return $ret;

}

/**

* CountFDRV

*

* Counts first derivative of ECG data array with

different accuracy

* Stores them in an FDRV array

*

* @param integer $acc accuracy of calculation if 1 -

hight accuracy if 0 - low accuracy

* default 0

*/

public function CountFDRV($acc = 0){

$ecg = $this->ECG;

$T = $this->T;

$prs = array();

if ($acc == 1){

$i = 20;

for ($i = 20; $i <= count($ecg) - 20; $i++){

$prs[$i] = (1 / (1000 * (float)$T)) * (-2

* (float)$ecg[$i-20] - (float)$ecg[$i-10] + (float)

$ecg[$i+10] + 2 * (float)$ecg[$i+20]);

}

125

$normprs = array();

foreach ($prs as $val){

$normprs[] = $val;

}

$this->FDRV = $prs;

}else if($acc == 0){

$i = 0;

while($i < count($ecg) - 1){

$prs[$i] = (float)(((float)$ecg[$i+1] -

(float)$ecg[$i]) /(1 * (float)$T));

$i++;

}

$this->FDRV = $prs;

}

}

public function TakeFDRV(){

$fdrv = $this->FDRV;

$refdrv = array();

$i = 0;

foreach ($fdrv as $cont){

$refdrv[] = array($i,$cont/100);

$i = ($i + $this->T);

}

$ret = json_encode($refdrv);

return $ret;

}

126

/**

* CountQRS

*

* Count number of QRS complexes

*

* @return int QRS complex number of ECG

*/

public function CountQRS(){

$fdrv = $this->FDRV;

$maxDRV = 0;

$refperiod = $this->refperiod;

$QRSCount = 0;

/* $maxDRV = max($fdrv);

$thrsearchMin = $maxDRV * 0.8;

$thrsearchMax = $maxDRV * 1.2;

*/

$infdrv = array();

$j = 0;

$counterJ = 0;

$aarm = array();

for ($i = 0; $i <= count($fdrv) - 1; $i++){

if ($j >= round(3*$this->freq)){

$infdrv[$counterJ] = $aarm;

$aarm = array();

$counterJ++;

$j = 0;

}

$aarm[] = $fdrv[$i];

$j++;

}

$cj = 0;

127

$j = 0;

$newMax = max($infdrv[0]);

$maxDRV = $newMax;

$thrsearchMin = $maxDRV * 0.7; // Threshold

search of QRS complex

$thrsearchMax = $maxDRV * 1.2;

$oldi = 0;

$newref = 0;

//$this->maxFDRV = $thrsearch;

$previ = 0;

for ($i = 0; $i <= count($fdrv) - 1; $i++){

if($j == 1){

if ($cj < count($infdrv)){

$newMax = max($infdrv[$cj]);

}

if (($newMax > $maxDRV && $newMax <

2*$maxDRV) || $maxDRV == 0 || $newMax < $maxDRV) {

$maxDRV = $newMax;

$thrsearchMin = $maxDRV * 0.7; //

Threshold search of QRS complex

$thrsearchMax = $maxDRV * 1.2;

//$this->maxFDRV = $thrsearch;

}

$cj++;

$j = 0;

}

128

if ($fdrv[$i] >= $thrsearchMin && $fdrv[$i]

<= $thrsearchMax){

$QRSCount++;

$Rtime = 0;

$Rpoint = 0;

$Rpoint = $this->RRanalys($i);

$Rtime = $Rpoint*$this->T;

$this->Rvalues[] = $this->ECG[$Rpoint];

$this->RR[] = array($Rtime, $this-

>ECG[$Rpoint]+3);

$i = $i + $refperiod;

$this->maxFDRV[] = $thrsearchMin;

}

if ($i - $previ >= 3*$this->freq){

$previ = $i;

$j = 1;

}

}

$this->QRScount = $QRSCount;

return $QRSCount;

}

/**

*CountHR

* Count heart rate

*

129

* @return int heart rate beats Per minute

*/

public function CountHR(){

$time = $this->ECGtime;

$QRSCount = $this->QRScount;

$HR = round(($QRSCount/$time) * 60);

return $HR;

}

public function RRanalys($i){

$des = 0;

$des1 = 0;

$fdrv = $this->FDRV;

$ecg = $this->ECG;

$j = 0;

$c = 0;

if (count($this->Rvalues) > 0){

$Rmid = array_sum($this-

>Rvalues)/count($this->Rvalues);

}else{

$Rmid = 0;

}

for ($a = 0; $a < 10; $a++){

$des = $fdrv[$i] * $fdrv[$i + $j];

$des1 = $fdrv[$i] * $fdrv[$i - $c];

if ($des < 0 && abs($ecg[$i+$j]) >=

abs($Rmid)*0.7){

130

return ($i + $j);

}else if($des1 < 0 && abs($ecg[$i-$c]) >=

abs($Rmid)*0.7){

return ($i - $c);

}else{

$j++;

$c++;

}

}

}

}

131

ПРИЛОЖЕНИЕ ДИзготовление изделий из термопластов литьем под давлением

Т.к. корпус изготовлен из антипирена, то его

целесообразно получать литьем под давлением.

Литье под давлением - наиболее распространенный и

прогрессивный метод переработки пластмасс, т.к. позволяет

получать изделия сравнительно сложной конфигурации при

небольших затратах труда и энергии. Процесс изготовления

изделий основан на заполнении формующей полости формы

расплавом с последующим его уплотнением за счет давления и

охлаждением [4.5].

Процесс формования происходит в очень короткое время,

поэтому расплав впрыскивается в форму (течет) с очень

большой скоростью, что, естественно, приводит к

дополнительному разогреву и значительной ориентации

макромолекул. Степень ориентации повышается также за счет

больших сдвиговых напряжений, возникающих в формующей

полости, при течении расплава между двумя охлаждаемыми

пластинами. Очень быстрое двухстороннее охлаждение расплава

приводит к сильному изменению объема, а так как полимер

охлаждается снаружи, то образующийся наружный твердый слой

полимера препятствует уменьшению объема, поэтому возможно

появление утяжин. Для предотвращения этого необходимо перед

охлаждением повышать давление в форме до 140-180 МПа.

Литье под давление - периодический процесс, в котором

технологические операции выполняются в определенной

последовательности по замкнутому циклу. Поэтому процесс

литья под давлением довольно просто автоматизируется.

Технологический процесс литья изделий из термопластичных

полимеров состоит из следующих операций:

плавление, гомогенизация и дозирование полимера,

смыкание формы;

132

подвод узла впрыска к форме;

впрыск расплава;

выдержка под давлением и отвод узла впрыска;

охлаждение изделия;

раскрытие формы и извлечение изделия.

Операционная схема процесса литья под давление приведена

на Рисунке ПД1.

В момент впрыска расплава и выдержки его под давлением

цилиндр литьевой машины 3 подведен к литьевой форме 1 и

сопло 2 соединено с литниковым каналом формы.

Рисунок ПД1 Технологическая схема процесса

литья термопластов:

1 - форма; 2 - сопло; 3 - цилиндр литьевой машины; 4 -

шнек; 5 - бункер; 6 - поршень узла впрыска; 7 - цилиндр узла

впрыска; 8 - изделие

Шнек 4 под действием поршня 6 узла впрыска перемещается к

форме, и расплав впрыскивается в формующую полость. Для

исключения вытекания расплава из формы дается выдержка под

давление. Во время охлаждения изделия, когда расплав в

литнике достаточно охлажден, узел впрыска отводится от

формы и начинается дозирование новой порции расплава, при

этом шнек, вращаясь, отходит вправо. В конце операции

дозирования, когда накопится определенная масса расплава,

шнек останавливается. После окончания охлаждения форма

раскрывается и происходит удаление изделия. Такова общая

последовательность технологических операций

133

Плавление, гомогенизация и дозирование расплава

Данная операция осуществляется периодически через равные

промежутки времени и с постоянной для каждого конкретного

изделия частотой вращения шнека. Плавление полимера

происходит за счет передачи теплоты от нагретых стенок

цилиндра, а также вследствие диссипации энергии вязкого

течения расплава и трения гранул. Во время впрыска расплава

шнек не вращается, поэтому нагревание гранул происходит

только за счет теплопередачи.

Операция дозирования осуществляется в результате

перемещения полимера в переднюю часть цилиндра при вращении

шнека. Вращение шнека включается после окончания выдержки

под давлением предыдущего цикла литья и уменьшения давления

в цилиндре термопластавтомата. При давлении впрыска (60 -

140 МПа) нагрузка на шнек очень велика и вращение его

недопустимо. Дозирование сопровождается сжатием и

нагреванием гранул с последующим переходом полимера в

в я з к о т е к у ч е е с о с т о я н и е . Д л я обеспечения хорошей

гомогенизации расплава во время дозирования с помощью

поршня узла впрыска на шнеке создается усилие подпора,

поэтому шнек отходит не свободно, а преодолевая давление

подпора. Следует заметить, что давление подпора увеличивает

температуру расплава и повышает ее однородность по сечению

в каналах шнека.

Смыкание формы и подвод узла впрыска

После окончания паузы, предусматриваемой по завершении

операции извлечения отливок, изготовленной в предыдущем

цикле, срабатывает таймер и включается механизм смыкания.

Смыкание формы осуществляется в результате перемещения

подвижной плиты термопластавтомата вместе с закрепленной на

ней разъемной частью формы и создания определенного усилия.

134

Подвод узла впрыска к форме производится отдельным

механизмом, при этом сопло цилиндра упирается в литниковую

втулку формы и создается необходимое давление, исключающее

утечку расплава. В момент подвода узла впрыска сопло должно

располагаться соосно с литниковым каналом формы.

Впрыск расплава

При движении шнека вдоль цилиндра к сопло во время

впрыска клапан шнека смещается, перекрывает каналы и

исключает обратное течение расплава по каналам шнека.

Расплав полимера под действием давления начинает течь через

литниковае каналы в формующую полость формы, заполняя ее, а

затем под действием давления сжимается. Так как заполнение

формы происходит в течение очень короткого времени (1-3 с),

эту операцию называют впрыском. Вначале расплав заполняет

литниковые каналы формы, а затем формующую полость, поэтому

давление постепенно повышается. Изменение давления при

впрыске показано на Рис. 2 (отрезок Оа).

Таким образом, в момент начала впрыска Р

происходит нестационарный процесс течения, так как

изменяются скорость течения и длина канала, а также

температура расплава.

Если не учитывать начальный период заполнения литниковых

каналов, то последующее течение в литниковых каналах можно

с некоторым приближением считать установившимся.

135

Рисунок ПД2 Цикл-диаграмма процесса литья под давлением:

О а - заполнение формы расплавом; аb - сжатие; bс -

выдержка под давлением; cd - охлаждение изделия

Выдержка под давлением

После заполнения формы расплавом происходит его

охлаждение, в результате чего увеличивается плотность

и уменьшается объем, занимаемый полимером. Вследствие

уменьшения объема через литники в форму продолжает

поступать дополнительная порция расплава и давление в ней

поддерживается постоянным. Таким образом, после окончания

операции впрыска наступает некоторое равновесие давлений в

цилиндре машины и в формующей полости и течение переходит в

медленное дополнительное нагнетание расплава (подпитку);

последняя компенсирует уменьшение объема полимера в форме

при его охлаждении.

Выдержка под давлением обычно продолжается до тех пор,

п о к а расплав в центральной части впускного литника не

охладится ниже температуры текучести.

Выдержка под давлением компенсирует усадочные процессы,

происходящие в форме, и зависит от размеров литника,

136

температуры расплава и формы, а также от теплофизических

свойств полимера. Выдержка под давлением целесообразна,

пока полимер в формующей полости находится в расплаве,

поэтому глубину впускного литника обычно выбирают с учетом

заданной усадки, но меньше толщины стенки изделия.

Давление при выдержке рассчитывают с учетом всех

технологических параметров процесса, а также размеров

литников. При правильно выбранном давлении после выдержки

при охлаждении в формующей полости остается некоторое

остаточное давление Рост.

Если чрезмерно увеличить давление в форме, то в конце

цикла литья остаточное давление Р о с т . будет очень

большим. Под действием Рост. полимер плотно прижимается к

стенкам формующей полости, силы трения возрастают, поэтому

затрудняется извлечение изделий из формы и при выталкивании

может произойти их разрушение.

Обратная картина наблюдается при малой выдержке под

давлением или создании низкого давления в форме.

Если сопло машины отводится раньше, чем произойдет

охлаждение расплава в литнике, полимер вытекает из формы и

давление падает. Из-за недостаточной компенсации усадочных

процессов на изделиях в этом случае появляются утяжины и

раковины (пустоты) или увеличивается усадка.

Охлаждение изделия

Фактически охлаждение расплава начинается сразу после

впрыска расплава, однако, как отдельная технологическая

операция охлаждение задается с помощью реле времени по

окончании выдержки под давлением. Таким образом, выдержка

при охлаждении необходима для окончательного затвердевания

расплава полимера и достижения определенной конструкционной

жесткости изделий, исключающей их деформацию при извлечении

из формы.

137

В процессе охлаждения температура расплава уменьшается, а

так как объем остается неизменным, то давление в форме

снижется. Поскольку охлаждение происходит со всех сторон,

то на поверхности формующей полости образуется твердый слой

полимера, который в дальнейшем препятствует изменению

объема.

Раскрытие формы и извлечение изделия

После окончания операции охлаждения происходит раскрытие

формы. Подвижная часть формы, закрепленная на плите узла

смыкания, отводится, при этом изделие уходит вместе с ней.

Выступающая часть толкателей упирается в ограничитель и они

останавливаются вместе с изделием, а подвижная часть формы

отводится дальше, за счет чего происходит извлечение

изделия. Одновременно с изделием из литниковой втулки

извлекается литник. Расплав при течении из центрального

литника затекает в отверстие плиты, которое имеет обратный

конус, и застывает в нем. В результате образуется замок, с

помощью которого при раскрытии формы происходит извлечение

литника из литниковой втулки.

При изготовлении армированных изделий цикл литья

завершается установкой в форму арматуры, которую иногда

перед этим подогревают.

Проектирование форм для литья под давлением

При изготовлении корпуса путем литья под давлением не

требуется разработки новой литьевой машины. Необходимо, во-

первых, разработать конструкцию пресс-формы, а, во-вторых,

138

задаться основными конструктивными особенностями, исходя из

которых и будет выбрана одна из моделей литьевых машин.

Рассмотрим конструктивные особенности литьевой машины,

подходящие под нашу задачу.

Поверхность разводящих каналов для большей части

перерабатываемых полимерны материалов не полируют для

удержания на стенках затвердевшего слоя полимера и

предотвращения уноса затвердевших частиц в оформляющую

полость формы.

Для нашей задачи целесообразно применение разводящих

каналов, обеспечивающих заполнение двух оформляющих гнезд

расплавом полимера (антипирена).

Литьевая форма

Пресс-форма представлена на рисунках 5 и 4. Форма

предназначена для литья двух крышек: верхней и нижней – в

двух оформляющих гнездах. Матрица и пуансон позволяют

оформлять отверстия с помощью вставок. Внутренняя

поверхность крышки оформляется с помощью матрицы, а внешняя

поверхность изделия оформляется пуансоном.

139

Рисунок ПД3 Литьевая форма

Рисунок ПД4 Литьевая форма

При раскрытии формы освобождается литник из литниковой

втулки и включается в работу выталкивающая система, которая

состоит из основателя выталкивателя, плиты выталкивателя,

140

выталкивателей и возвратных пружин. Изделие снимается с

матрицы с помощью выталкивателя.

При закрытии пресс-формы выталкивающая система в исходное

положение устанавливается с помощью возвратных пружин.

Точность и чистота обработки деталей пресс-форм

Точность изготовления формообразующих элементов пресс-

формы зависит от точности прессуемых изделий.

Несколько иное положение с определением посадок и

сопрягаемые детали или их отдельные участки, не участвующие

в формировании изделий. Во многих случаях абсолютные

размеры деталей не имеют большого значения, как например,

при сопряжении пуансонов с пуансонодержателем, загрузочной

к а м е р ы с м а т р и ц е й и т . д . , п о э т о м у целесообразнее

обусловливать сборку посадками.

Весьма существенное значение для качественного

и з г о т о в л е н и я п р е с с - ф о р м и м е е т чистота обработки

поверхностей их деталей. Формующие полости матриц, пуансоны

и д р . д е т а л и , н е п о с р е д с т в е н н о у ч а с т в у ю щ и е в

формообразовании изделия, полируются до 10-го класса

чистоты.

Поверхности деталей, работающих в процессе эксплуатации

пресс-формы на трение, хотя и не участвующие в формовании

изделий, как, например, выталкиватели и отверстия для них в

ма т р и ц ах , д л я с ох р а н е ни я с т а б ил ь н о с т и п о с а д ок

обрабатываются до 8-го класса чистоты.

Плоскости деталей конструктивного назначения подвергаются

шлифованию (7-8-й классы чистоты).

Хромирование, применяемое в качестве защитного покрытия

формующих элементов пресс-форм от коррозирующего воздействия

различных компонентов прессматериала, снижает чистоту

поверхности примерно на один класс, поэтому требует более

тщательной предварительной полировки. Толщина покрытия

хромом должна составлять 0,005...0,01 мм.

141

Анализ технологичности конструкции корпуса из

полистирола

Технологичность деталей из пластмасс количественно

о ц е н и в а ю т п о з н а ч е н и ю комплексного показателя

технологичности КТ, определяемому как совокупность частных

показателей технологичности по формуле [4.2]:

,

где Ki – i-тый частный показатель технологичности;

п - число частных показателей технологичности, в данном

случае n=7; – i-тый весовой коэффициент значимости;

fn.o. - коэффициент, учитывающий необходимость

механической обработки после

основного формообразования способом литья под давлением,

так как требуется последующая механическая обработка

(включая удаление литниковой системы), то fn.o.=0.85.

1) Показатель обрабатываемости материала Ко

Т.к. корпус изготовлен из ударопрочного огнеупорного

пластика-антиперена. То этот материал относится к I группе

термопластов, он легко перерабатывается на технологическом

оборудовании. Для термопластов группы I принимают ,

2) Показатель соответствия общим требованиям Кс

Конструкция детали будет выполняться в соответствии с

правилами изготовления пластмассовых деталей (квалитеты

полей допуска элементов детали; уклоны; толщины стенок;

радиусы скругления), следовательно Кс =1, .

3) Показатель сложности детали Кс д

Показатель определяется по формуле:

,

где и - количество поднутрений на внутренних поверхностях

детали = 2;

т - количество поднутрений на наружных поверхностях

детали = 2;

- общее количество отверстий = 10;

142

- количество отверстий, направление которых отличается

от направления прессования = 0;

p, q, c, t - эмпирические коэффициенты, которые

рекомендуется принимать равными p=0.1; q=0.04; c=0.01;

t=0.03.

Следовательно, Ксд = 0.62, .

4) Показатель разнотолщинности стенок Кр.с.

Соотношение , где - наибольшая толщина стенки детали, мм

- наименьшая толщина стенки детали, мм. Значит отношение .

По таблице находим Кр.с.=1,

5) Показатель соотношения толщины ребер и стенок Кр.с.

Т.к. ,

где Sp – толщина ребра жесткости;

Sст – толщина сопрягаемой стенки.

По таблице находим Ксд = 0, .

6) Показатель сложности линии разъема Кл.р.

Определяется по формуле:

,

где Z - число плоскостей разъемов в пресс-форме = 1,

следовательно Кл.р. = 1,

7) Показатель использования пластмассы Ки.п.

Соотношение определяют после разработки рабочей полости

пресс-формы, включая литниковую систему

,

где п=2 - количество деталей, получаемых в пресс-

формах за одну операцию литья под давлением;

Vд =75270 – объем детали;

Vл.с. =1866 – объем литниковой системы.

Получаем . По таблице находим Ксд = 1, .

Определим комплексный показатель технологичности KT с

учетом весовых коэффициентов. Т.к. для данной детали

требуется последующая механическая обработка, которая

143

заключается в удалении литниковой системы, то fn.o=0.85.

Тогда вычисляем:

Сравнивая значения KT=0,69 с допустимым [KT]=0,75 – для

литья под давлением, можно сделать вывод, что предложенную

конструкцию детали можно считать технологичной (т.к.) и ее

следует принять в производство без доработок.

Технологический процесс сборки прибора

В результате процесса литья под давлением получили

верхнюю и нижнюю крышку прибора. В нижнюю крышку

устанавливается плата. Боковые крышки устанавливаются в

пазы нижней крышки и накрываются верхней крышкой прибора.

Боковому смещению крышек препятствуют приливы. Нижние и

верхние крышки стягиваются с помощью резьбообразующего

винта. Прибор готов к эксплуатации.

144