浅谈电子产品结构设计需求分析

  浅谈电子产品结构需求分析  陕西飞机工业有限责任公司，陕西省汉中市723213摘要：本文就电子产品结构设计过程中的需求分析进行简要的探讨，分析了除产品的功能设计及其附带的清晰需求外，还应当充分挖掘一些隐含的、通用的设计需求，如力学、散热、电磁屏蔽等各方面的隐含需求，下面对其进行简要探讨。Keys：电子产品；结构设计；需求分析引言充分理解需求是设计的基础和前提，任何设计除了客户的功能需求外，还应当附带通用和隐含的需求，都应当充分考虑和满足到，否则极有可能会造成产品功能、性能的缺失或者不达标，因此需求分析是做好设计的前提。在接受设计任务时，应当结合电子产品的具体功能进行需求梳理、分解功能设计的需求外，还应该从力学、生产工艺、散热、电磁、防护、外观、成本等方面对产品结构进行科学的规划与实现，既要保证产品的功能、性能，还要从产品全生命周期上进行规划。如从材料选型、生产加工、使用、维修等方面进行综合考虑，以提高产品全生命周期的价值。1从产品功能方面的需求  即满足客户需求，这是设计任务的基础和前提，必须响应和满足，通过对比客户的技术协议、功能要求等信息，分析、分解需求，比如设计一台机床，必然需要实现切削的功能，具体是铣削或车削的方式，可根据客户具体需求来展开详细设计，具备一定的功能，满足客户的功能需求，才能使之成为产品；而从产品功能进行分解，到各部件、零件时，亦是如此，每个零件都具备支撑、安装或连接等零件级功能，统称为功能设计，这部分是设计任务的直接目标，因此，该部分的需求比较清晰，也容易梳理，不会遗漏，但是其他通用或者隐含的需求就不是和明显，但同样重要。因此，在围绕功能展开设计的同时，还应当考虑到如下需求：2.1从力学性能方面的需求在结构设计过程中，围绕功能需求和产品的使用环境需求，可利用类比、计算和仿真等方式，分析出产品包括静力学和动力学的受力情况，目的是对其稳态和瞬态受力情况进行分析，满足产品的形变、应力和寿命等指标。从力学角度对产品在已完成功能设计的基础上，进行优化；比如，可以采用调整结构形式、板材厚度、材料种类等措施。2.2从加工制造、装配和可维修性方面的需求 首先从产品可维修性的角度分析，从整体对产品进行规划和设计，如采用模块化的方式实现产品的快速更换；其次，从产品装配的角度对产品部件、组件进行合理划分，以保证和提升产品的可装配性，如考虑产品各部件的组装顺序、精度和工艺，在产品设计过程中，兼顾组装工艺；最后，分解到各零件，对其生产、加工性进行分析，简化加工过程，从组件分解和落实到零件的公差要求，提高零件的加工性；从而对其加工、组装等生产工艺进行优化，力图用最简单、通用、经济的加工方式完成产品的生产。2.3从产品温度方面的需求电子器件工作时会产生热量，特别是功率型器件会产生大量的热量，如果不及时将热量散发出去，将使设备过热，加快材料和器件的老化，导致设备损坏或寿命缩短，甚至发生火灾或爆炸；另外，器件的故障率与其温升呈指数关系，电子设备线路的性能则与温升成反比，长期高温工作会使产品的可靠性和寿命大大缩短，因此，在产品结构设计时应充分考虑散热的需求，合理的热设计是提高机器工作性能和可靠性的必要条件，可从器件、模块到设备整体热量分布和传导进行分析和优化，考虑其热量导热、对流等情况，进行热力仿真，根据仿真结果优化设计。2.4从产品电磁屏蔽方面的需求   关于电磁屏蔽在结构设计方面，应当将外壳维持连续的导电状态，使电子产品整机外壳形成一个等电势体，形成抗电磁干扰的屏蔽罩，能屏蔽外界传播的电磁信号；比如，外壳进行表面导电氧化，增设导电密封条，缝隙处配合面不得喷涂；或者提高零件的刚性，增加螺钉布置密度等方式以保证屏蔽体之间有效接触等措施。2.5从IP防护方面的需求   电子产品结构设计主要是维护内部电路的正常运行，如果灰尘受潮或者水份进入，极易造成绝缘性能的下降，严重时还会引起触电或设备失效；另外灰尘水份还容易造成产品生霉腐蚀，降低产品性能；因此，在结构设计时应考虑防护等级的问；一般情况下，防尘可以采用密封、增加过滤棉等方式；防水可以采用密封条+迷宫结构方式。2.6从可靠性方面的需求(1)电气连接可靠性方面的需求 电气连接常常是通过机械连接实现的，机械连接松动会导致电气连接的不可靠，从而影响产品工作的稳定性；比如，热应力就会使机械连接松动，导致电气连接不可靠；因此，在产品结构设计时应重视机械连接的可靠性；要从产品工作的使用环境、动作次数和运行周期等方面，结合规定的功能考虑机械连接的可靠性；(2)避免pcb板失效方面的需求  pcb板在装配固定过程中若变形过量，在长期变形的情况下，可能会导致内部印制线路断裂；或者是pcb板变形导致器件引脚受到过量的外力，而断裂或者失效，因此，需要考虑PCB板加固，或避免多个装配件和pcb板组装等措施，避免pcb板的变形，从而提高pcb板的可靠性；2.7从安全方面的需求(1)用电安全方面的需求在产品结构设计时应充分考虑到产品正常和非正常使用条件下的需求，如采用必要的防呆设计，减小误操作的概率，做到安全可靠；另外还可以采用各种接地，如安全接地、设备地和系统地等措施，保障用电安全等；(2)防止机械损害的需求零件如未进行有效处理，就会存在锐角和尖边锋利的轮廓，因此需要对其进行倒钝处理，防止划伤人体或者线缆等；若存在运动部件往复运动，会导致线缆反复折叠、磨损等，长此以往会断裂失效等；因此，在设计时应充分考虑到其安全隐患，可采用防护套的设计，增大线缆的弯曲曲率等手段，进行规避和处理，使产品安全可靠；2.8在环境适宜性方面的需求  自然界均存在腐蚀物质，特别是在高温高湿、有大量有害气体等恶劣环境中，会加快金属材料腐蚀和非金属材料的老化、霉烂，从而使设备的可靠性和寿命遭受严重影响。因此，在结构设计中可以考虑尽量选用耐腐蚀的材料；如机箱外壳和安装件釆用铝合金或者不锈钢等材料，或者是加工后采用涂覆防腐层的方式等提高材料表面的防腐能力。2.9从产品外观美观方面的需求 应当将产品进行由内而外的设计，从内部组件、部件布局及连线做到横平竖直、井然有序；再到产品外侧，在造型、面板布局、表面处理，材料、装饰和色彩的设计和搭配，得到比较和谐统一、操作方便、外形美观，符合人的生理和心理特点的造型。2.10从产品经济性方面的需求 在满足功效、生产、使用、寿命、检修等的前提下，应尽可能地降低设计、制造和管理成本，力争在同类产品中成本最低；优先选用常用的成熟的技术、工艺和材料；降低研发难度，降低产品研发失败的风险，降低研发成本；在满足客户需求的前提下，力图结构形式、接口形式尽量统一，满足“通用化”“化”“模块化”的要求，提高产品的三化程度，有利于实现产品的成组技术，提高产品生产效率、降低生产的成本，进而提升产品的利润空间。3结论电子产品结构设计不仅仅是满足功能即可，还要提高视角，从总体来看，以有利于在功能实现的基础上，综合从生产的需要、使用的要求、安全的必须性、产品的耐用性、经济效益的最大化、检修的方便性和环保的强制性等方面进行分析，挖掘需求、逐一解决；在出现需求冲突时，具体的问题具体分析，对各方面的需求进行利弊权衡、进行偏重和取舍，尽可能使设计的产品符合重点方面或大多数方面的需求。【Reference】［1］项盛荣.电子产品结构设计应考虑的因素.[J].电子制作，2015(04)［2］倪广树.浅析电子通讯产品结构设计.[J].电子世界，2014(12)［3］江豪.电子产品结构设计应考虑的影响因素.[J].绿色环保建材,2016,67(2):139-139,141.【杨振宇(1987—)，男，贵州榕江人，西安翔迅科技有限责任公司师，大学本科，主要从事电子产品的结构设计。翟晓博(1986—)，男，陕西渭南人，陕西飞机工业有限责任公司工程师，大学本科，主要从事电子产品的结构设计。 -完-