軍工電子產品的可生產性設計研究

趙洪軍

摘 要：隨著芯片技術和電子制造技術的發展，電子信息設備向著高性能、高集成度和高可靠性方向發展。用戶對電子產品的質量和可靠性要求越來越高，對軍品特別是航天航空領域的電子產品，產品高質量和高可靠性被放在了首要的位置。為了使產品在符合必須的質量和性能要求前提下，按規定的產量，以最少的費用，最短的時間制造出來，這就需要我們在產品的研發階段，就要開展產品的可生產性設計工作。

1、前言

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

2、可生產性設計要求

產品的可生產性涵蓋的范圍較廣，在概念上要包含并遠遠大于產品的工藝性。從生產過程角度來看，產品的可生產性涵蓋生產圖紙/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、產品驗收和產品包裝等；從產品設計角度來看，產品的可生產性涵蓋了硬件電路設計（如器件選型、模塊化設計等）、PCBA設計、軟件設計、結構設計、工藝設計、檢驗方法和試驗大綱、包裝設計等。下面從硬件電路設計、PCBA設計、軟件設計、結構設計、工藝設計、產品檢驗等幾個方面對可生產性要求進行簡要的闡述。

2.1硬件電路設計要求

硬件電路設計時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，盡量采用模塊化設計和電路復用設計，做好器件選型。主要考慮以下要求：

（1）盡量采用模塊化設計。

（2）盡量選用成熟電路，提高電路設計復用率。

（3）要預留檢測電路和測試接口。

（4）電路設計要充分考慮元器件誤差和設計冗余。

（5）盡量壓縮元器件種類和數量。

（6）建立合格供方名錄，優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或其他原因產生的采購風險，關鍵和重要元器件要考慮出現供貨問題時的替代方案。

2.2PCBA設計要求

PCBA設計時在滿足電氣互聯性能（不合格與合格產品對比如下圖）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，其引腳周圍應留出可以用電烙鐵手工焊接的空間，一般引腳一側應至少留出2mm的空白區域，同時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范圍內為高應力區，不允許布放元器件，并注意防止出現螺栓金屬墊片損壞印制板綠漆導致短路的情況出現。

（7）PCB尺寸盡量滿足貼片機焊接要求，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（根據生產線情況可以不同）時，必須在PCB的兩條長邊上設計寬度大于等于5.0mm工藝邊。

2.3軟件設計要求

軟件設計要考慮產品生產過程的檢測和調試，要便于軟件燒制、維護和產品測試，主要考慮以下要求：

（1）軟件燒制和升級方法要簡便易行，適合批量復制和操作。

（2）軟件要有明確、唯一的版本標識，便于軟件版本的管理控制和維護。

（3）預留必要的軟件函數接口，便于產品檢測和維修。

（4）簡化配置操作和測試命令，提高測試效率。

（5）要提供程序運行狀態標識。

（6）用于生產的軟件版本要關閉調試接口信息打印。

2.4結構設計要求

結構設計要考慮產品的可制造性、可裝配性和可維修性，避免元器件、結構件、線纜等之間存在干涉，降低產品制造和裝配難度，主要考慮以上要求：

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

（2）結構設計在兼顧美觀的基礎上越簡單越好。

（3）盡量選用標準和通用的結構件。

（4）盡量減少結構件、緊固件的種類和數量。

（5）盡量減少結構件的凸臺和凹槽的設計，減少異型結構設計。

（6）要充分考慮結構件的公差，結構上留有余量。

（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構件承受較大地應力導致變形。

（9）設備內部電路板卡要便于拆卸和安裝。

2.5工藝設計要求工藝設計要考慮產品的可制造性和可裝配性，電子產品工藝包括焊接工藝、三防工藝、裝配工藝、機加工藝、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）工藝設計要結合企業實際生產條件和工藝水平（設備、廠房、環境、人員技能等）。（2）電裝圖紙上工藝技術要求必須詳細、具有可操作性。（3）編制工藝規程（工藝卡、作業指導書）。（4）工藝參數（如焊接溫度、焊接時間）必須在充分了解器件要求的前提下確定。（5）設計合理的工藝流程，工藝設計上要盡量提高生產裝配效率。（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行。（7）感覺明顯不牢固，在振動試驗時可能存在故障隱患的元器件如果需要點膠加固，要在電裝圖紙中明確技術要求。（8）整機內部線纜布線在不影響電性能的基礎上，盡量整潔、美觀，不能雜亂無章，盡量短，但不能產生拉扯張力。

2.6產品檢驗

產品檢驗包括產品生產過程中的測試（檢測）和產品交付時的驗收，需要滿足以下要求：

（1）產品轉產必須提供的完備的用于生產的設計文件。

（2）產品轉產要向生產部門提供必要的測試工裝、試驗夾具等。

（3）必須提供符合企業要求的具有可操作性的產品調試說明書和產品驗收規范。

（4）產品檢驗、驗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需求，特別是大批量生產需求。

（5）產品檢驗使用的儀器、工具必須提出明確的要求和說明，盡量選擇標準和通用的儀器設備。

3、可生產性設計開展方法

作為企業，要組織人員制定合適本企業情況的可生產性設計規范和可生產性工作開展相關指導類文件，成立可生產性評審組織，配備專職的可生產性工程師。在產品方案設計階段，產品軟硬件設計人員、結構設計人員、工藝設計人員等在開展設計工作時要遵守企業可生產性設計規范，充分考慮產品的可生產性；產品項目組要和結構設計人員、工藝設計人員等進行全面、細致地溝通交流，對產品的可生產性進行分析、評價，組織產品研發人員、結構設計、PCB設計人員、產品工藝人員、物資采購等開展可生產性評審。

在產品樣機試驗階段，要組織產品研發人員、結構設計、PCB設計人員、產品工藝人員、物資采購等按可生產性審查表進行審查，并梳理統計樣機階段的各類可生產性問題，分析討論閉環措施并完成設計及生產圖紙更改。在產品轉入批生產初始階段，部分產品潛在的問題會由于產品量的增加而得到暴露，因此項目組要主動對產品批生產階段，特別是首批生產的問題進行跟蹤了解，對產品出現的質量問題進行失效分析，能從設計上解決的問題盡量在設計上解決，最大限度地避免使問題流入到用戶使用階段。

4、結束語

開展產品可生產性設計工作，可以極大地提高產品的生產效率，縮短生產周期，減低生產成本，同時可以提高產品質量。在軍民融合的大背景下，軍工企業會面臨前所未有的競爭壓力，建立可生產性設計規范和工作體系迫在眉睫，必須本著精益求精的心態和思路做產品，提高產品的競爭力，才能迎接挑戰、把握機遇。

參考文獻

[1]顧雷，方向忠.DFX技術與電子產品設計[J].電子產品世界，2004，（10）：99-102.

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