彈載遙測產品結構“三化”設計

王楊 馮彤 王曉飛 王悅

（北京航天長征飛行器研究所，北京，100076）

彈載遙測產品結構的“三化”設計，是在對遙測產品進行功能劃分的基礎上，對產品結構進行模塊化設計，再根據產品性能要求，應用不同系列結構模塊組合成完整產品結構的設計方法。模塊化是“現代標準化”的核心和前沿，是標準化原理在信息時代應用上的發展[1]。在彈載遙測產品“三化”設計過程中，各功能模塊的性能和相互聯系要通過模塊結構設計得以體現，因此結構模塊結構通用化、系列化、組合化設計方法的研究和應用，是彈載遙測產品實現“三化”設計的重要組成部分。

1 彈載遙測產品分類和特點

1.1 彈載遙測產品分類

彈載遙測產品從功能上可以分為：中間裝置系列、二次電源系列、采編器系列、接口控制器系列、配電器系列等。彈載遙測產品從結構形式上可以分為：整體框架式、板組合式、特殊型（如：筒型），如圖1 所示。

圖1 彈載遙測產品結構形式

1.2 彈載遙測產品的功能和結構設計特點

傳統彈載遙測產品的功能，根據各型號的具體要求進行設計，針對性很強，不具有通用性。一種設備僅供某型號系統使用，功能要求稍有變化就需要重新進行電路和結構設計。各類彈載設備的印制板外形尺寸各有不同，但各種印制板外形尺寸相差不大。印制板安裝方式主要使用螺釘緊固在結構零件上。彈載設備對外接口形式基本相同，大部分使用矩形接插件，接插件安裝在結構面板零件上。為滿足系統安裝性能要求和強度設計要求，彈載遙測產品結構大部份采用小型化設計。

2 彈載遙測產品模塊化結構設計可行性分析

2.1 彈載遙測產品模塊化設計方法的優勢

模塊化設計方法具有以下優勢：①模塊化設計將復雜的工程產品分解成層次合理的、相對簡單的、通用化、系列化單元模塊，并用這些模塊組合成各種不同產品。②模塊化設計使零部件具有了通用性，可避免重復性設計工作，減輕了設計者的勞動量，提高了設計效率，縮短了設計周期，降低了生產成本。③對于故障模塊，模塊化設計可以實現快速更換，提高了設備故障診斷效率和設備的可維修性能。④相同和相近的結構設計形式也使產品的可靠性大幅提高。

2.2 彈載遙測產品模塊化結構設計方法可行性

通過對傳統彈載遙測產品功能和結構形式的分類分析，發現有以下特點。

a）雖然彈載遙測產品設計種類多，個體結構樣式多，但是系列產品的結構外形尺寸相差不大，有整合劃分單元模塊的基礎。

b）各類彈載遙測產品的印制板外形尺寸相近并可協調，對外接口形式相似，有利于模塊結構進行互換和組合。

c）彈載遙測產品現有的整體框架式結構與模塊結構有相同點，產品試驗數據可以借鑒。

因此，針對彈載遙測產品功能和結構設計特點的現狀，為適應型號研制需求，模塊化結構設計方法具備在彈載遙測產品結構設計中進行研究和應用的可行性。

3 彈載遙測產品結構“三化”設計方法

產品模塊設計方法主要包括模塊劃分、模塊創建和模塊組合3 個過程[2]。彈載遙測產品模塊化結構設計是以設備功能劃分為基礎，通過創建通用基形模塊結構和系列模塊結構，再將各模塊結構互聯組合，實現遙測產品結構“三化”設計。

3.1 遙測產品模塊功能劃分

彈載遙測產品模塊式結構設計的基礎是將設備的電路功能，按系統要求劃分成模塊部件。

3.2 基型模塊結構通用化設計

基型通用模塊結構應滿足所有遙測產品模塊部件的基本要求，如：滿足所有分類模塊要求的印制線路板尺寸、印制線路板安裝方式、模塊對外接口形式、模塊的安裝組合方式等，并以集中的最佳結構元素形成基型模塊結構的原形。

a）在通過“三化”項目評審的中間裝置系列中，隔離電壓觸點變換模塊的結構，是根據模塊化設計要求、設備環境適應性要求、結構優化技術進行的模塊化結構設計，可以作為彈載遙測產品基型模塊結構。基型模塊由鋁合金整體切削而成，結構如圖2 所示，包括：面板部分、導軌部分、安裝框架部分。面板部分的寬度和高度尺寸適合單個的矩形接插件尺寸，面板上可加工接插件安裝孔，面板四角設計固定面板的螺釘孔。導軌部分分為兩條，在框架上下各有一條，分別設計兩個緊固螺釘孔，起到對模塊結構的定位和固定作用。印制線路板可通過螺釘固定在安裝框架一側的凸臺上。

圖2 基型模塊結構

b）作為彈載設備基型模塊結構，安裝的印制線路板的尺寸大小為各功能模塊部件印制線路板標準尺寸。基型模塊結構安裝框架部分適合安裝單塊印制線路板，面板部分可以安裝1 至2 個矩形接插件。圖3 所示為安裝基型模塊結構的功能模塊。

圖3 安裝基型模塊結構的功能模塊

3.3 彈載遙測產品系列模塊結構設計

經過對各功能單元模塊的分析，在基型模塊結構面板高度尺寸不變的基礎上，根據各功能模塊的要求，對框架進行互聯結構設計，采用改變面板寬度尺寸，增加導軌數量等方法，進行系列模塊結構設計[3]。

a）A 系列模塊結構：在基型模塊結構基礎上，面板寬度尺寸和高度尺寸不變，框架長度方向根據需要安裝的印制線路板尺寸確定，對與總線母板有連接關系的模塊組件在框架結構部分做互聯結構設計。一種采用互聯結構的A 系列模塊結構如圖4 所示。圖5 所示為安裝了A 系列模塊結構的功能模塊。

圖4 A 系列模塊結構

圖5 安裝A 系列模塊結構的功能模塊

b）B 系列模塊結構：在基型模塊結構基礎上，面板高度尺寸不變，框架長度方向根據需要安裝的印制線路板尺寸確定，對與總線母板有連接關系的模塊組件在框架結構部分做互聯結構設計。為適應單一印制線路板模塊組件多接插件安裝需求，增加面板寬度為基型模塊結構面板尺寸的1.5 倍，如圖6 所示。圖7 所示為安裝B 系列模塊結構的功能模塊。

圖6 B 系列模塊結構

圖7 安裝B 系列模塊結構的功能模塊

c）C 系列模塊：在基型模塊結構基礎上，面板高度尺寸不變，框架長度方向根據需要安裝的印制線路板尺寸確定，面板寬度尺寸、結構體積和導軌數量均為基型模塊的2 倍。對與總線母板有連接關系的模塊組件在框架結構部分做互聯結構設計，可以安裝2 塊相聯的印制線路板或有散熱要求的電子元器件。C 系列模塊結構如圖8 所示。圖9 所示為安裝C 系列模塊結構的功能模塊。

圖8 C 系列模塊結構

圖9 安裝C 系列模塊結構的功能模塊

A、B、C 系列模塊結構設計，基本上滿足了彈載遙測產品各類功能模塊部件的安裝需求，實現了模塊結構在彈載遙測產品中的通用化應用。

3.4 結構模塊組合設計應用

模塊化設計的目的是使用盡可能少的品種和規格的結構模塊,組裝成盡可能多的種類和規格的產品部件,以滿足多樣化產品的需求。結構模塊化組合設計是根據設備的具體功能要求，選擇不同系列、類型的結構模塊安裝成模塊部件，再通過插入適合結構模塊的接入裝置結構，最終形成產品的過程[4]。

安裝結構模塊的接入裝置結構，是根據產品選用的模塊結構類型、長度系列和數量進行設計的。在鋁合金材料上，根據產品選用安裝的結構模塊，設計加工插槽，并與能夠安裝總線元件安裝板的蓋板連接，完成接入裝置設計。

在近幾年設計過程中，多種遙測組合、彈載電源、接口控制器、采編器等遙測彈載設備，通過對設備功能作合理規劃，將不同功能的印制線路板安裝在A、B、C 三類模塊化結構上，再組合安裝到各系列接入裝置中，并通過總線印制線路板等連接方式實現彈載遙測產品的組合化設計。部分彈載設備模塊化結構組合設計過程見表1。

表1 模塊化結構組合設計過程

彈載遙測產品結構組合化、系列化、通用化的“三化”設計使產品功能模塊部件的安裝結構具有了通用性，避免重復性結構設計工作，提高了設計效率，可以適應各型號不同的使用要求。對于故障模塊可以實現快速更換，便于設備維修與調試。應用系列模塊進行組合的產品結構設計，可以縮短研制周期，提高產品設計的質量和可靠性，使結構設計更規范和高效。