軍工電子產(chǎn)品的可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)研究

趙洪軍

摘 要：隨著芯片技術(shù)和電子制造技術(shù)的發(fā)展，電子信息設(shè)備向著高性能、高集成度和高可靠性方向發(fā)展。用戶對電子產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性要求越來越高，對軍品特別是航天航空領(lǐng)域的電子產(chǎn)品，產(chǎn)品高質(zhì)量和高可靠性被放在了首要的位置。為了使產(chǎn)品在符合必須的質(zhì)量和性能要求前提下，按規(guī)定的產(chǎn)量，以最少的費(fèi)用，最短的時(shí)間制造出來，這就需要我們在產(chǎn)品的研發(fā)階段，就要開展產(chǎn)品的可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)工作。

1、前言

在未來軍民融合的大背景下，很多軍工企業(yè)多種類、小批量、作坊式的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式必然無法很好地滿足用戶對產(chǎn)品交付周期和產(chǎn)品質(zhì)量的要求。為了提高產(chǎn)品的競爭力和滿足客戶需求，軍工企業(yè)必須重視產(chǎn)品的可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)。

2、可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)要求

產(chǎn)品的可生產(chǎn)性涵蓋的范圍較廣，在概念上要包含并遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的工藝性。從生產(chǎn)過程角度來看，產(chǎn)品的可生產(chǎn)性涵蓋生產(chǎn)圖紙/文檔的齊套性、物料的可采購性、DFM、DFA、可測試性、可維修性、可靠性、產(chǎn)品驗(yàn)收和產(chǎn)品包裝等；從產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度來看，產(chǎn)品的可生產(chǎn)性涵蓋了硬件電路設(shè)計(jì)（如器件選型、模塊化設(shè)計(jì)等）、PCBA設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)方法和試驗(yàn)大綱、包裝設(shè)計(jì)等。下面從硬件電路設(shè)計(jì)、PCBA設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品檢驗(yàn)等幾個方面對可生產(chǎn)性要求進(jìn)行簡要的闡述。

2.1硬件電路設(shè)計(jì)要求

硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮電路板的可維修性和可測試性、元器件的可采購性，盡量采用模塊化設(shè)計(jì)和電路復(fù)用設(shè)計(jì)，做好器件選型。主要考慮以下要求：

（1）盡量采用模塊化設(shè)計(jì)。

（2）盡量選用成熟電路，提高電路設(shè)計(jì)復(fù)用率。

（3）要預(yù)留檢測電路和測試接口。

（4）電路設(shè)計(jì)要充分考慮元器件誤差和設(shè)計(jì)冗余。

（5）盡量壓縮元器件種類和數(shù)量。

（6）建立合格供方名錄，優(yōu)選合格供方名錄廠家的元器件。

（7）要考慮選用的元器件有無停產(chǎn)或其他原因產(chǎn)生的采購風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)鍵和重要元器件要考慮出現(xiàn)供貨問題時(shí)的替代方案。

2.2PCBA設(shè)計(jì)要求

PCBA設(shè)計(jì)時(shí)在滿足電氣互聯(lián)性能（不合格與合格產(chǎn)品對比如下圖）的前提下還要考慮電路板的可制造性、可裝配性和可維修性，主要考慮以下要求：

（1）同一功能電路模塊的元器件盡量集中擺放。

（2）元器件分布盡可能均勻，元器件之間要保持合適的距離，且不能過于靠近印制板邊緣。

（3）同類元器件盡可能按相同方向排列。

（4）需要手工焊接或維修的元器件，其引腳周圍應(yīng)留出可以用電烙鐵手工焊接的空間，一般引腳一側(cè)應(yīng)至少留出2mm的空白區(qū)域，同時(shí)旁邊不能有較高的元器件。

（5）在PCB空間允許的情況下元器件封裝原則上選大不選小。

（6）安裝孔邊緣5mm范圍內(nèi)為高應(yīng)力區(qū)，不允許布放元器件，并注意防止出現(xiàn)螺栓金屬墊片損壞印制板綠漆導(dǎo)致短路的情況出現(xiàn)。

（7）PCB尺寸盡量滿足貼片機(jī)焊接要求，能采用拼板方式的盡量采用拼板方式。

（8）貼裝元器件距印制板邊緣小于5.0mm（根據(jù)生產(chǎn)線情況可以不同）時(shí)，必須在PCB的兩條長邊上設(shè)計(jì)寬度大于等于5.0mm工藝邊。

2.3軟件設(shè)計(jì)要求

軟件設(shè)計(jì)要考慮產(chǎn)品生產(chǎn)過程的檢測和調(diào)試，要便于軟件燒制、維護(hù)和產(chǎn)品測試，主要考慮以下要求：

（1）軟件燒制和升級方法要簡便易行，適合批量復(fù)制和操作。

（2）軟件要有明確、唯一的版本標(biāo)識，便于軟件版本的管理控制和維護(hù)。

（3）預(yù)留必要的軟件函數(shù)接口，便于產(chǎn)品檢測和維修。

（4）簡化配置操作和測試命令，提高測試效率。

（5）要提供程序運(yùn)行狀態(tài)標(biāo)識。

（6）用于生產(chǎn)的軟件版本要關(guān)閉調(diào)試接口信息打印。

2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮產(chǎn)品的可制造性、可裝配性和可維修性，避免元器件、結(jié)構(gòu)件、線纜等之間存在干涉，降低產(chǎn)品制造和裝配難度，主要考慮以上要求：

（1）充分考慮每個元器件和結(jié)構(gòu)件的三維空間，避免任何不同部件之間存在空間上的干涉。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在兼顧美觀的基礎(chǔ)上越簡單越好。

（3）盡量選用標(biāo)準(zhǔn)和通用的結(jié)構(gòu)件。

（4）盡量減少結(jié)構(gòu)件、緊固件的種類和數(shù)量。

（5）盡量減少結(jié)構(gòu)件的凸臺和凹槽的設(shè)計(jì)，減少異型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（6）要充分考慮結(jié)構(gòu)件的公差，結(jié)構(gòu)上留有余量。

（7）要留用裝配人員和工具操作空間。

（8）要避免裝配后電路板或結(jié)構(gòu)件承受較大地應(yīng)力導(dǎo)致變形。

（9）設(shè)備內(nèi)部電路板卡要便于拆卸和安裝。

2.5工藝設(shè)計(jì)要求工藝設(shè)計(jì)要考慮產(chǎn)品的可制造性和可裝配性，電子產(chǎn)品工藝包括焊接工藝、三防工藝、裝配工藝、機(jī)加工藝、壓鑄工藝等等。這里從焊接、三防、裝配工藝方面提出以下要求：（1）工藝設(shè)計(jì)要結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)條件和工藝水平（設(shè)備、廠房、環(huán)境、人員技能等）。（2）電裝圖紙上工藝技術(shù)要求必須詳細(xì)、具有可操作性。（3）編制工藝規(guī)程（工藝卡、作業(yè)指導(dǎo)書）。（4）工藝參數(shù)（如焊接溫度、焊接時(shí)間）必須在充分了解器件要求的前提下確定。（5）設(shè)計(jì)合理的工藝流程，工藝設(shè)計(jì)上要盡量提高生產(chǎn)裝配效率。（6）合理安排裝配工序，上一道裝配工序必須不能影響下一道裝配工序執(zhí)行。（7）感覺明顯不牢固，在振動試驗(yàn)時(shí)可能存在故障隱患的元器件如果需要點(diǎn)膠加固，要在電裝圖紙中明確技術(shù)要求。（8）整機(jī)內(nèi)部線纜布線在不影響電性能的基礎(chǔ)上，盡量整潔、美觀，不能雜亂無章，盡量短，但不能產(chǎn)生拉扯張力。

2.6產(chǎn)品檢驗(yàn)

產(chǎn)品檢驗(yàn)包括產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的測試（檢測）和產(chǎn)品交付時(shí)的驗(yàn)收，需要滿足以下要求：

（1）產(chǎn)品轉(zhuǎn)產(chǎn)必須提供的完備的用于生產(chǎn)的設(shè)計(jì)文件。

（2）產(chǎn)品轉(zhuǎn)產(chǎn)要向生產(chǎn)部門提供必要的測試工裝、試驗(yàn)夾具等。

（3）必須提供符合企業(yè)要求的具有可操作性的產(chǎn)品調(diào)試說明書和產(chǎn)品驗(yàn)收規(guī)范。

（4）產(chǎn)品檢驗(yàn)、驗(yàn)收方法在滿足總體單位和用戶要求的前提下要充分考慮生產(chǎn)需求，特別是大批量生產(chǎn)需求。

（5）產(chǎn)品檢驗(yàn)使用的儀器、工具必須提出明確的要求和說明，盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)和通用的儀器設(shè)備。

3、可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)開展方法

作為企業(yè)，要組織人員制定合適本企業(yè)情況的可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)規(guī)范和可生產(chǎn)性工作開展相關(guān)指導(dǎo)類文件，成立可生產(chǎn)性評審組織，配備專職的可生產(chǎn)性工程師。在產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)階段，產(chǎn)品軟硬件設(shè)計(jì)人員、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員、工藝設(shè)計(jì)人員等在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)要遵守企業(yè)可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)規(guī)范，充分考慮產(chǎn)品的可生產(chǎn)性；產(chǎn)品項(xiàng)目組要和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員、工藝設(shè)計(jì)人員等進(jìn)行全面、細(xì)致地溝通交流，對產(chǎn)品的可生產(chǎn)性進(jìn)行分析、評價(jià)，組織產(chǎn)品研發(fā)人員、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)人員、產(chǎn)品工藝人員、物資采購等開展可生產(chǎn)性評審。

在產(chǎn)品樣機(jī)試驗(yàn)階段，要組織產(chǎn)品研發(fā)人員、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)人員、產(chǎn)品工藝人員、物資采購等按可生產(chǎn)性審查表進(jìn)行審查，并梳理統(tǒng)計(jì)樣機(jī)階段的各類可生產(chǎn)性問題，分析討論閉環(huán)措施并完成設(shè)計(jì)及生產(chǎn)圖紙更改。在產(chǎn)品轉(zhuǎn)入批生產(chǎn)初始階段，部分產(chǎn)品潛在的問題會由于產(chǎn)品量的增加而得到暴露，因此項(xiàng)目組要主動對產(chǎn)品批生產(chǎn)階段，特別是首批生產(chǎn)的問題進(jìn)行跟蹤了解，對產(chǎn)品出現(xiàn)的質(zhì)量問題進(jìn)行失效分析，能從設(shè)計(jì)上解決的問題盡量在設(shè)計(jì)上解決，最大限度地避免使問題流入到用戶使用階段。

4、結(jié)束語

開展產(chǎn)品可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)工作，可以極大地提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，減低生產(chǎn)成本，同時(shí)可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。在軍民融合的大背景下，軍工企業(yè)會面臨前所未有的競爭壓力，建立可生產(chǎn)性設(shè)計(jì)規(guī)范和工作體系迫在眉睫，必須本著精益求精的心態(tài)和思路做產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的競爭力，才能迎接挑戰(zhàn)、把握機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)

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