可制造性设计在航天电子产品中的应用研究

可制造性设计在航天电子产品中的应用研究

赵 萌

航天神舟飞行器有限公司 天津市 300300

摘要：可制造性设计（DFM）是指产品设计需要满足产品制造的要求，具有良好的可制造性，使得产品以最低的成本、最短的时间、最高的质量制造出来。其不单纯是一项技术，在完成产品的各个环节中，更像是一种思维，对电路进行优化。设计人员首先对其本身的物理特性进行分析，在此基础上分析物理特性与制造系统之间的关系，以便提升制造生产效率，缩短生产时间。从本质上来看，主要是在从提出产品的初步设计方案到投入生产的全过程中进行DFM，在不影响产品性能的同时使产品更加简单化、标准化。

关键词：可制造性设计；航天电子产品；应用研究

1可制造性设计概述

可制造性是指所设计的产品在现有的制造资源条件下能否被制造出来的可能性，可制造性评价是综合考虑产品的设计信息和企业现有制造资源的现状，从而判断产品在现有制造资源条件下被可靠的制造出来的可能性量值的大小。传统的产品生产流程主要经历产品设计、样板加工、修改设计、再次加工一轮又一轮的循环直到可以可靠的生产出高质量的产品，在这样的循环过程中往往造成重复设计及重复加工的问题，这种事后控制的方式将造成严重的设计资源和加工资源的浪费；如果可以在产品设计的同时就考虑到所设计的产品能否在企业当前的制造资源条件下被生产出来，对所设计的产品进行基于当前制造资源的可制造性评价，确定可制造出来的可能性大小，采取事前预防的措施控制产品的设计，这将极大的提升产品的设计效率和制造效率，消除由于重复设计和重复加工所带来的设计资源及加工资源的浪费。当前社会处于互联网技术的大爆发及快速发展的阶段，在国家对制造业的发展推动方面，为了将互联网技术应用于制造行业并刺激和带动制造行业的快速发展，国家颁布了一系列的政策及战略措施，如“两化融合管理体系”标准、“中国制造2025”行动纲领、“国家智能制造标准体系”建设指南等等，这些措施促使着工业化和信息化紧密的结合，首先实现制造业的数字化建设，在工业化和信息化深度融合的基础上为智能制造的建立奠定基础。面对客户的需求、企业的发展诉求以及当前国家层面的政策支撑，企业通过信息化的手段对所设计的产品进行可制造性评价，通过事前控制的措施消除由于不可制造所带来的一系列问题，在客户的竞争中方能获得竞争优势，同时为企业打造智能工厂奠定信息化基础。

2可制造型设计的实践应用方案

从20世纪80年代末期，国外一些研究机构就已经开始了铸件的研究工作。近些年，人们提出采取可制造性设计的方法进行工作，以此提升产品的基本质量。现如今的制造设计，最为常用的方法便是基于产品本身特征的设计方法。这种方法从设计阶段开始，就将产品特征与产品模型进行有效结合，同时并提供相关产品信息，从而完成信息的分享工作。在特征信息的传输方面，可以采取用户交互输入的方法，根据具体的应用领域，并从产品特征本身进行识别而获得。为了解决特征方面的问题，可以建立基于特征本身的数据库，采取模数法的方式对于产品本身的工艺性进行评估。我们认为，为了确保能够获得有效的可铸造性的评价，其相关几何数据库必须可以有效展示可制造性相关知识的重要特征，同时还能展现各特征之间的关联性。在实际设计中，我们主要采取了2种不同特征方式：第一种是主特征，其主要对于产品本身的外形以及初始零件的基本造型进行详细描述。第二种则是辅助特征，其主要是指相关附件或者一些局部位置的几何图形，例如凸台以及空洞等。此外，在实验中我们还在其侧凹、分型面以及拔摸斜度方面的相关特征进行了一系列尝试，从而获得了不小的进展。

3可制造性设计在航天电子产品中的应用

3.1航天电子设备的结构设计

解决电子设备特别是航天电子设备在结构、防护设计和电磁设计等方面成熟的技术就是电子设备结构设计。电子技术与计算机辅助的发展也带动了它的逐步完善，继而形成了一门综合性的边缘学科。目前的电子设备结构设计主要包含了以下几个方面的内容。a）整机组装结构设计整机组装结构设计主要包含以下几方面内容：1）结构单元的设计，包括设备的外壳、安装、连接和操作等；2）传动与执行设计，在设备工作中需通过传动与执行装置对产生的光电、机械等信号进行调节；3）环境防护设计，包括防腐蚀、整机的温度控制、屏蔽与接地、插接和互连等；4）总体的布局，即对以上各项进行结构布局，确定连接形式和结构尺寸。b）组件的结构设计包括两类设计，即电气组件结构设计和机械组件设计，电气组件结构设计主要用于保证工艺的良好性和电性能合格，而机械组件设计则用来满足机、电协调要求和精度要求。c）隔振与缓冲设计在运输使用过程中，会有外界的机械因素对设备造成破坏，结构设计利用减振、耐冲振等结构可很好地解决材料、刚度和稳定性等诸多问题。d）电磁兼容性结构设计在结构设计中增强设备的抗干扰能力，可以采用电磁屏蔽和接地的方法来实现，继而提高设备对电磁环境的适应性。e）连接设计由于整机和设备系统的可靠性在很大的程度上受到设备中固定的、半固定的和接口的接触的影响。所以为了保证这些接触点的可靠性，需要在设计过程中正确、有效地控制连接工艺和连接件的选择。除了以上内容之外，在结构设计时也应该把与结构设计相关的设备组装技术与工艺考虑进去。设备的结构设计在很大的程度上决定着这套设备在实际生产中采用的工艺方法。因此，良好的工艺性是结构设计中必要的部分。3.2面向地（舰）面装备的腐蚀控制可制造性设计

a）材料选用。明确金属材料应采取适当的表面防护措施。除特殊要求外，原则上不允许裸材直接使用。①根据使用部位综合考虑材料的强度、疲劳性能、断裂韧性、耐蚀性、工艺性和经济性等，给出不锈钢、碳钢和合金钢选型推荐。②非金属材料则应考虑材质的耐候性，给出工程塑料、橡胶、密封剂、绝缘材料等推荐。③应综合考虑材料的特性、热处理状态、使用条件和部位、结构形状和公差配合等因素。根据零件类型、特性、使用环境条件及寿命选用表面防护涂层，对常用金属镀覆层、化学覆盖层、有机涂覆层的种类、特性和厚度进行推荐并提出结构件前处理要求。b）装备结构设计。①装备结构设计过程中，避免出现“大阴极—小阳极”的腐蚀结构。②要考虑应力和环境的联合作用，采取措施避免或减少局部应力集中。③电气产品箱体结构设计应充分考虑使用工况选择密封或者除湿、防凝露和密封设计。④非密封结构腔体，要通过上排下泄的原则进行防排水设计，如设计好导流、排水通道或排水孔等。⑤对于易腐蚀部位，设计时需留有相应的维护和检查空间，易腐蚀或老化材料零部件应便于拆卸、更换。通过对材料选用和装备结构设计进行标准化，可使长期在高温、高湿、高盐雾环境下服役的地（舰）面装备通过设计和制造中，有效规避电偶腐蚀、密封性不足、排水性不够、应力腐蚀、霉菌腐蚀、高温氧化等问题，并为产品交付后的维护、防护、修复打下坚实的基础，为武器装备的维修和保养提供较强的可操作性和便利性。

4结束语

随着信息技术、智能制造技术为代表的新一轮科技革命和产业变革孕育兴起，并加速渗透到工业发展的各个领域，为适应这一新的时代潮流，企业要在产品可制造性设计实践和应用过程中继续阔步前行，标准化作为一项助推创新发展、引领时代进步的工作必将发挥更大的作用。

参考文献

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[2]胥冬琴.航天电子产品接触电阻影响因素研究和应用[J].电子设计工程,2019,27(15):153-156+165.

[3]张军,邰艳芳.基于零件三维模型的可制造性分析技术研究[J].现代制造技术与装备,2018(01):23-25.