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中圖分類號:TB115
文獻標識碼:A
文章編號:1672-3198(2010)09-0307-03
1 航天電子產品力學特點
航天電子產品結構的功能是維持設備的外部構型,提供內部電路板組件、獨立的元器件及模塊的安裝空間,滿足安裝要求,確保在各種受載條件下元器件、組件的安全,其中力學設計是結構設計中最重要的內容之一。
航天電子產品所承受的載荷根據其力學特性可分為靜載荷和動載荷,通常靜載荷可以通過采取適當措施減小其影響。動載荷則比較復雜,航天器在地面到發射、進入軌道和返回地面的各階段工作狀態下要經受各種環境條件,都屬于動載荷范疇,下表是航天器飛行過程中的動態激勵特性。
POGO:液體火箭發動機的液體輸送系統與火箭結構之間的液固耦合現象。
動載荷中的高頻部分容易衰減,低頻部分則不容易衰減,如果航天電子產品中的元器件或結構組件的固有頻率與上述動態激勵的頻率相同,則容易引起共振,發生事故,所以航天電子產品的結構設計過程中必須盡量提高整體的基頻。
模態分析的目的是確定航天電子產品結構的動態特性(固有頻率和振型)。因為它一方面可以避免與電子元件及控制元件的頻率共振,另一方面是其它動力響應分析的基礎,為結構設計選型提供依據。
2 航天電子產品結構設計流程
航天結構設計的一般流程如圖1所示。其中一個數值分析驗證和試驗驗證兩個反饋環節,其中的力學分析就包含模態分析,但此時模態分析的目的是檢驗詳細設計后的結構是否滿足基頻的要求。一般從總體設計到詳細設計中間環節往往憑設計人員的工程經驗,如果到詳細設計完成后的力學分析中發現問題,則需要重新進行詳細設計,甚至可能需要對總體設計的進行更改。
同時,由于模態分析可以使用比較簡單的模型,使用有限元分析便可得到結構的固有頻率,需要的代價很小,且在結構詳細設計之前增加一項模態分析能有助于結構的選型,可以提前發現問題,有效的減少結構設計的反復,并能為詳細力學分析提供初始數據。結合實際工作提出如下結構設計的優化流程,具體如圖2所示:
下文就通過一個實例來分析總體設計階段增加模態分析的對于航天電子產品設計的重要作用。
3 模態分析理論基礎
有限元的基本思想是將彈性體離散成有限個單元,然后據各單元節點的位移協調和節點力平衡,其動力學基本方程:
由于一般結構阻尼對結構的固有頻率和振型影響極小,所以,求結構的固有頻率和振型時,直接用無阻尼的自由振動方程求解,即:
因任意彈性體的自由振動都可分解為一系列的簡諧振動的迭加:即結構上各節點位移為:
δ0為節點位移振幅向量(即振型),與時間t無關的位移幅值;
ω為與該振型對應的頻率。
將節點位移代入動力方程,化簡得廣義特征值問題:
上式稱為結構的特征方程。設計結構的自由度為n,則特征方程為ω的n次代數方程,其n個根稱為特征值,記為ω21,…ω2n。
它們的平方根稱為系統的固有頻率,即ωr,r=1,…n
將這些固有頻率從小到大依次排列為ω1≤ω2…ωn
最低的頻率ω1稱為基頻,它是所有頻率中最重要的一個。
對于有n個自由度正定系統,就得到ω2的n個大于零正實根。振型就是任一階固有頻率作簡諧振動時,各頻率對應的n個振幅值間所具有確定的相對比值,表示系統有一定的振動形態。由于篇幅所限其具體方法本文不再贅述。
4 模態分析應用實例
航天電子產品中電路板形狀的選擇是一個比較常見的任務,也是電路設計、結構設計和可靠性設計的基礎。下面將就某儀器的三種電路板方案進行分析,來說明模態分析在結構選型過程中的應用。
4.1 有限元建模
本文模型建立過程中對其忽略電路板和元器件細節,在ANSYS有限元軟件平臺上,假設有效載荷和模塊結構質量均勻分布。本文結合實際,選擇三種面積基本相當的電路板形狀作為備選,具體情況如下:
方案A的電路板為正方形,其對應的箱體為薄的、底面為正方形的箱體,如圖3所示。
圖3 方案A電路板外形和其可能對應的箱體外形圖
方案B電路板選擇為長方形,其對應的箱體是薄的、底面為長方形的箱體,相對于方案A,其特點是減小了面板面積,增加了長度,如圖4所示。
圖4 方案B電路板外形和其可能對應的箱體外形圖
方案C則選擇兩層電路板布線,通過四顆支柱連接,其對應的箱體是比A、B兩個方案高的正方形箱體,但減小了底面積,如圖5所示。
三種方案各有優缺點,在沒有其它設計約束的情況下,電路設計人員和結構設計人員要憑經驗選擇一種方案作為設計的輸入,本文試圖通過對三種電路板的模態分析試圖找出其中的優劣,進而做出選擇。
4.2 模態仿真分析
在ANSYS軟件中我們利用3D-Elastic Shell 63和3D-Elastic Beam 4單元對電路板的連接桿進行模擬。輸入實常數及材料常數,以Smartsizing網格密度的方式。電路板材料采用環氧酚醛層壓玻璃布板,電路板連接結構采用2A12硬鋁。
由于主要影響系統結構是最低幾階的固有頻率,本例中我們取前5階固有頻率進行計算,具體計算過程從簡,由于經過了適當簡化,普通配置的臺式機的計算時間一般只需要幾秒鐘。在相同的邊界條件和物理屬性參數的情況下,經過仿真計算,獲得了三種不同方案的電路板結構的固有頻率和振型,三種方案的基頻和振型結果分別見表2,三種方案的第一階振型和應力云圖分別見圖6、圖7和圖8。
4.3 模態分析結果
上述結果可以看到,方案A的固有頻率最小為221.03Hz,方案B的固有頻率最小為187.02Hz,固有頻率均大于100Hz,且均未出現應力集中的情況均能符合要求。分析結果顯示出正方形電路板方案的固有頻率更高,對結構
設計更加有利。如果僅從模態分析考慮,電路板形狀應該
選擇方案A,且箱體選擇薄的、底面為正方形的結構,如圖3所示。
方案C的最小固有頻率為23.10Hz,基頻太低,與表1中動態激勵中的低頻部分重疊較多,容易引起共振而破壞系統結構。且方案C的產生的應力比前兩個方案大,并且出現了應力集中的情況,薄弱環節出現在4根支柱的連接處,有可能在上下兩層電路板的這8個點對造成直接的破壞,換句話說,要采用方案C則需要對兩電路板進一步加固,或改為其他的雙層固定方式,并同時解決固定支柱位置的應力集中問題。
4.4 討論和說明
關于以上分析,還有以下幾點需要總結和說明:
(1)通過上文分析,可以得出,方案A最優,可以作為下一步結構設計的輸入,如果必須選C則應該另選其他的支撐形式,并且還要對連接處做進一步分析,處理好電路板上應力集中的問題;
(2)采用模態分析對航天電子產品結構選型有一定的指導意義,能從大量的方案種找出可能比較合理的方案,并為詳細設計后的力學分析提供了初步的分析依據;
(3)模態分析僅僅是航天電子結構動力學分析的一種,也是其他動力學分析的基礎,故模態分析數據良好并不能說明其他動力學分析可以忽略。反之如果模態分析出現問題,則必須認真分析結果,并采取措施提高基頻;
(4)計算的時候僅考慮了電路板,忽略了元器件的重量和分布,忽略了電路板上覆銅層的特點,所以計算結果與實際可能有一定差別,但計算結果能對定性的分析構型的優劣提供可靠依據,對結構選型有一定的參考價值。且計算固有頻率和振型結果,沒有考慮阻尼等因素,還需進一步仿真分析修正和模擬空間環境模態分析試驗驗證。
5 結束語
航天電子產品結構設計過程中,使用有限元分析方法進行初步的模態分析可較方便的得到某一構型的基頻和振型,為判斷結構的優劣提供了依據,可以給電路設計和結構設計提供了初始的輸入,也為進一步動態仿真分析和模擬空間環境模態分析試驗驗證提供了依據,由此可以看出,在總體設計階段增加簡單的模態分析可以以很小的代價獲得最終產品的大致評價,對初始設計階段的選型有一定的指導意義,可以減少設計的盲目性,可以改進航天電子產品結構設計流程。
空調可以調節夏季的高溫，可以驅趕冬天的寒冷，讓人們可以隨著自己的心愿任意地調節自己喜歡的溫度，使人們的生活和工作的環境更加的舒適。隨著人們環境保護意識的增強，空調設備在結構設計中也做了很大的調整，空調生產廠家為了迎合市場經濟的發展，研發出更加節能、環保類型的新型產品。對空調的內部結構進行了更好的技術改進，達到提高空調的性能，降低了能源的消耗，提高了能源的高效利用率，推動空調產業的向前發展。
1優化空調性能的優點
現在的空調與電腦、電視、洗衣機、冰箱一樣是人們日常生活中，家用電器的重要組成部分，其中空調的消耗能量是最高的，對人們的生活環境影響也最大。在空調的生產過程中，使用了非金屬元素氟，非金屬元素氟可以對大氣外層的臭氧層進行破壞作用，臭氧層具有隔離太陽紫外線的功能，保護地球生物不被紫外線直接照射；一旦臭氧層出現空洞，紫外線就會通過空洞直接進入到地球表面，給地球生物造成重大的傷害。例如：紫外線直接照射到地表或是人體上，可以產生強烈的輻射，導致海洋生物的死亡或是滅絕，使農作物大量的減產，使人們的皮膚出現紅腫、皺紋、色素沉積等問題。空調使用的數量越多，產生的氟元素就會越多，破壞臭氧層的幾率就越大，對人體造成的傷害就越強。空調的運轉是由電能帶動的，電能是由煤炭資源經過燃燒釋放出的熱能，或是由石油、天然氣等不可再生資源的消耗產生的熱能帶動。如果有一天這些不可再生資源消耗完了，人類生存的環境將不可想象。因此，只有優化空調的性能，改善空調的內部結構，加強空調的能源使用效率，生產出符合社會經濟發展的新型產品，才是節約能源的最好做法。
2優化空調的各個組成部分
2.1空調換熱器的優化
換熱器是空調的重要組成部分之一，要想提升空調的能源利用率，改變空調的內部結構，首先，就要優化空調的換熱器。空調的重要組成部分中包括換熱器和壓縮機，它們是空調消耗能源最大的組成部分，要想優化空調的結果設計，就要先將空調的換熱器更換成比當前使用更大的。更大的換熱器可以促進空調更好的調節環境的溫度，降低空調的能源消耗。當然，優化換熱器的同時，還要兼顧生產成本的考慮，既要選擇最適合的換熱器，優化空調的結構設計，又要提高空調的使用性能。
2.2空調壓縮機的優化
空調的壓縮機比換熱器的重要性更高，屬于是空調結構的核心技術，壓縮機的性能決定了空調的使用性能，優化空調的壓縮機是提高空調節能的最佳途徑。空調的壓縮機大多數采用的旋轉式壓縮機，這種壓縮機的制冷量與空調的整體制冷量不同，當壓縮機的制冷量過高時，就會增加空調的耗能，降低了空調的性能；當壓縮機的制冷量過低時，就會損失制冷的數量，使空調的整體制冷量降低，起不到空調節能的效果。因此說，壓縮機的能效決定了空調的能效，是空調能效的重要參考數值，能效高的比能效低的更加節能。與換熱器一樣，優化壓縮機要考慮生產的成本控制，推動空調事業的發展。
3影響空調性能的送風方式
空調的使用是為了更好的改善人們生活和工作的環境，更換室內的空氣，保證室內空氣的流通和清新，使人們生活在輕松、愉悅的環境之中，提高生活環境的質量。
3.1置換通風
置換通風是新興起的一種空調換氣方式，他是將新鮮的氣流從空調的散熱器中釋放出來。這些新鮮的氣流由于沒有受到外界的污染，所以質量比較輕，是從室內的底部上升到室內的頂部，在氣流上升的過程中，底部的空氣比較新鮮，上面的空氣由于雜物比較多，空氣的質量不是很好。因此，空調的散熱器一般安裝在室內的底部，確保空調通風的順利進行。
3.2工位送風
工位送風是非常特殊的送風方式，包括設備通風、區域通風、人員的自動調節。工位送風的方式就是將送風的出口安裝在人們可以呼吸的位置，通過特殊的管道把送風口與空調的送風設備連接在一起。空調的送風口的位置可以根據人們的需要進行位置的調換，氣流的速度、流量、流向、溫度的調節，從而提高空調設備的使用性能。工位通風更加適合現代的辦公環境，滿足不同人對生活環境的要求，更好地發揮空調設備的性能。
3.3地板送風
地板通風屬于混合形通風方式，空氣經過處理之后要經過地板下的靜壓箱，傳輸到送風散流器，再由送風散流器輸送到室內，與室內的空氣混合在一起。地板送風將新鮮空氣由下至上地在室內進行流通，帶走室內的熱量和濕氣，通過屋頂的排風口排除，保持室內溫度和濕度的均衡。地板式的送風方式帶有一定的局限性，受到地板高度的限制，送風的數量有限。適合安置在散熱設備比較多、人員集中、建筑密集的地方使用，促使空調設備的效果達到最好。
4結束語
綜上所述，空調是人們日常生活和工作必不可少的電器設備，空調的耗能也是眾多電器中最大的一個。隨著社會經濟的不斷發展，環保節能越來越受到人們的重視，只有提高空調設備的使用性能，才能推動空調設備市場的向前發展。調節空調設備的結構，優化空調設備的壓縮機和換熱器，提高空調的使用性能，使空調的性能發揮到最大值。在生產空調時，設計師要了解空調結構設計的重要性，設計出更好、更符合人們需要的空調，切實地改善人民的生活和工作的環境。
參考文獻
[1]龍劍秋.空調結構設計對提高產品性能的影響[J].科技經濟市場,2014(5):79-80.
電子產品的開發離不開企業這個實體，開發項目管理理念需要結合企業的自身實際情況，如企業的行政組織架構，開發項目團隊的組織架構等來制定最適合企業的一套產品開發項目管理流程。本文以圖1所示的開發項目團隊組織架構框來闡述電子產品開發項目管理流程。產品開發整體流程實際上包含一系列階段步驟，把一組需求和思想轉化為市場上成功產品的流程。本文介紹的電子產品開發項目整體流程框圖如圖2所示。由圖2所述，電子產品開發首先要進行市場調研階段對產品作出準確的市場定位，項目管理者需要進行產品評估設計階段仔細分析產品功能指標、性能指標、技術參數、系統規格確定準確的項目開發文檔作為產品開發的輸入，需要對整體設計進行開發計劃的制定，系統規格等進行產品開發目標的確定，同時組織設計開發項目團隊成員分配，設計開發人員項目責任分配，制定團隊各成員的詳細準確的設計參數任務書，設置各個階段時間節點，進行產品成本、時間的控制目標和措施，生產過程中文件控制的實施，產品標準化制定計劃等。隨后進行產品設計實施階段，進行設計評審、開發執行，接著進入制作ES樣機階段制作樣機進行測試，測試成功隨后進行產品小批量生產階段進行生產小批量樣機測試，產品大批量生產階段，產品更新維護階段直至產品全生命周期結束。
2電子產品開發技術的詳細流程
2.1硬件設計流程
產品硬件設計流程如圖3所示，硬件項目組根據產品的技術定義，準確的系統技術參數規格、功能指標、電氣性能指標等，進行硬件電路實現方案的設計工作，方案的設計可以提出幾套實現方案，最好能引用原有生產產品上的經典的電路模塊從而更有力保證產品的設計的穩定可靠性，項目協調員組織相關責任人進行硬件電路設計的評審，評審的原則是以最低的成本最可靠的方案為原則進行方案選定。選定后由硬件工程師進行原理圖的設計，設計完成后需要進行原理圖的評審工作，評審合格后再進行PCBlayout設計，在進行PCB設計的同時硬件工程師需要與結構工程師一同協調確定產品的開口，孔位，接口位置等信息進行PCB設計。PCB設計完成后需要進行PCB圖的評審，PCB評審成功后再進行BOM表的整理，進行元器件的采購，焊接PCB后與軟件設計人員進行硬件單板功能調試工作，與結構設計人員進行裝配組裝調試，發現問題填寫問題報告，反饋協調到具體的相關設計人員進行整改工作。最后輸出的原理圖、PCB、BOM表等資料歸檔作為下一階段產品ES樣機資料發放的輸入。
2.2軟件設計流程
產品軟件設計流程圖如圖4所示，軟件項目組軟件系統需求分析得出的系統需求說明按軟件設計流程進行軟件方面的設計工作，設計的方案首先根據具體的硬件設計電路模塊進行各個模塊的軟件設計驅動及測試工作，如發現問題及時反饋給硬件設計人員進行協商修改，如果沒問題則提出系統軟件框架的設計方案，項目協調員組織相關責任人進行軟件方案評審，評審的時候需要仔細根據需求實現的技術細節來核實軟件是否能達到相應的技術指標。評審成功后則根據具體的功能實現模塊逐個進行軟件設計，每個功能模塊設計完成后，再進行軟件整體模塊代碼兼容軟件集成設計調試工作，調試成功后需要在幾套硬件上進行反復的測試，測試完成各方面達到系統要求指標后進行程序整理歸檔及初次發放版本管理。最后輸出的軟件說明文件、源程序、燒錄程序等作為下一階段ES樣機資料發放的輸入。
2.3結構設計流程
根據產品的技術定義，提出的準確的系統參數規格，結構項目組進行結構設計工作，根據產品的外觀要求，整體尺寸大小、開孔位置、按鍵、LED燈、屏的位置、端子開孔、電氣要求等，選擇合適的殼體，進行結構圖紙的繪制，繪制的過程中需要與硬件設計人員一同確定產品的一些細節問題，繪制完成后通過軟件模擬，模擬成功項目協調員協調相關責任人進行結構設計方案的評審，評審成功后進行結構圖紙的釋放進行快速成型制作一套結構結合PCB板、結構開孔、按鍵、屏、端子等進行組裝測試。測試沒有問題后進行結構圖紙的歸檔工作，最后輸出的結構裝配圖、部裝總裝文件等作為下一階段ES樣機資料發放的輸入。
2.4產品ES樣機流程
產品ES樣機流程如圖6所示，技術工程部在產品開發設計實施階段完成了硬件、軟件、結構設計之后，將硬件設計的輸出、軟件設計的輸出、結構設計的輸出作為產品ES樣機的輸入文件，相關技術設計工程師完成ES樣機的測試、調試、組裝、裝配工作，同時將遇到的問題記錄到樣機問題反饋表中，隨后進行產品功能測試、產品電氣測試、產品整機測試，測試過程中如發現問題及時反饋給相關責任技術設計人員進行修改，如果沒問題則將產品設計文件，ES樣機反饋問題，功能測試報告，電氣測試報告，ES樣機整機檢驗報告等進行歸檔工作，同時將ES樣機進行拍照錄像存檔工作作為下一階段小批量生產的輸入，完成產品ES樣機流程。
2.5產品的小批量生產
產品ES樣機階段結束后，接下來的階段就是進行產品的小批量生產試制階段，工藝部門與技術工程部門進行輸入輸出文件交接工作，工藝部門根據產品ES樣機流程階段的輸出得到的各種歸檔資料作為產品小批量生產的輸入。產品小批量生產試制其流程如圖7所示。工藝部門獨立按計劃按流程制作小批量樣機，完成后質檢部門QC對小批量樣機進行整機全檢，并公布遇到的所以問題，工藝部門完成解決相關問題無法解決的問題反饋到技術部門相關設計人員解決相關問題，解決完成后公布處理結果，工藝、質檢進行協調測試直至一致通過，接著進行修改完善相關資料，最后進行工藝、質檢、技術三部門共同認證小批量生產的樣機是否合格，合格則完成產品的小批量生產流程。
2.6產品的大批量生產
電子產品經過工藝部門小批量生產后完善了產品的配套的工藝生產指導文件，但是有時在大批量生產會暴露出批量的相同的問題如電子元器件采購出錯，芯片批次不同造成性能不同，結構件的加工誤差無法組裝等等，所以在大批量生產之前除了需要根據工程樣機及配套的工程樣機文件來指導大批量生產之外，在大批量生產進行頭幾臺生產時仍然需要仔細進行整機制造后進行整機全檢，持續修改完善工藝資料后，接著就將完善后的工藝資料正式轉為生產指導資料指導流水線進行大批量生產進程。大批量生產的流程圖如圖8所示。
2.7產品維護階段
產品開發大批量生產階段結束后，整個項目并未結束，此后由于客戶需求，技術更新，降低成本等因素進行產品修改更新，都會在原產品基礎上提出些設計的更新變更方案，這個階段就是項目產品維護更新階段，需要對項目設計更新，設計人員修改設計文檔，在ES樣機上進行測試，測試合格是否正式，正式發放升級通知及更新套件處理等，以及進行產品更新升級批次的管理工作等一系列跟蹤直到項目生命周期的結束。其中產品修改更新流程如圖9所示。
科技的發展讓電子設備越來越小型化、低成本化，而受益于電子設備的方便和便攜，電子設備已經深入人們生活的方方面面，可以說電子設備已經徹底改變了人類的生活方式，帶來了極大的方便。但是隨著電子設備的發展，人們對于電子設備的性能和外觀越來越追求極致，這也就帶了電子產品設計缺陷的風險的提高。而市場的競爭越來越激烈，廠家不得不縮短電子設備的更新間隔，也就從另一個方面提高了電子產品設計缺陷出現的幾率。
1設計缺陷概述
綜合權威機構對于設計缺陷的概述，設計缺陷的定義如下：
（1）設計缺陷是產品在設計的時候出現的缺陷，而在制造過程中沒有發現，或者是發現的卻加以隱瞞。
（2）設計缺陷的最直觀的表現就是影響用戶的使用，導致產品達不到用戶的預期要求，甚至在某些情況下對用戶的生命及財產安全造成損失。
（3）設計缺陷并不單獨出現，往往是一個批次的產品都存在問題，可能會給消費者其生產廠家帶來巨大的經濟損失。
（4）造成設計缺陷的原因很多，對于電子產品的要求過高，可能會導致只能滿足一部分的要求，從而形成了設計缺陷。
在對電子產品要求越來越高的今天，可以下結論說，電子產品設計的缺陷是無法避免的，廠家能做的只是把電子產品設計的缺陷控制在一定的水平，不對消費者造成很大的影響。
對于電子產品的設計缺陷，從產品的功能來分，可以分為以下幾類：
（1）軟件設計上的缺陷。軟件和硬件是電子產品的兩大要組成要素之一，軟件缺陷是影響用戶體驗的重要原因，其具體表現是，影響用戶對于電子產品的操作，甚至可能造成硬件的損壞。
（2）硬件設計缺陷。受設計水平的影響，或者受預期功能的影響，不同的電子產品使用的不同的硬件，但是不同的硬件之間并不能隨意組合，不科學的硬件搭配，也會影響用戶的使用體驗，甚至對用戶的財產安全造成威脅。
（3）結構設計缺陷。這里的結構設計缺陷，主要是指電子產品的結構不能夠抵抗外部干擾。無論在什么地方，我們都身處電磁干擾之中，而如果不能屏蔽電磁干擾，電子產品的運行就難以保證。
2電子產品設計缺陷的形成機理
電子產品設計缺陷的形成機理可以如下圖所示：
一般來說，電子產品的設計缺陷都出現在設計階段，設計的最初目的是滿足預期功能，而對于電子產品來說，預期功能一般都不存在問題，而在設計方面對于預期功能的實現卻很容易產生問題。
3. 缺陷跟蹤系統概述
世界上沒有哪一個企業能夠保證自己的電子產品是絕對完美的，而為了控制電子產品的缺陷程度，進而提高后續產品的質量，許多公司都建立了缺陷跟蹤系統，用于記錄和跟蹤設計缺陷的發現、解決、審核等過程，為下一階段的生產提供建設性的意見。
缺陷跟蹤系統是企業用于產品研發質量控制的軟件系統，是企業信息管理、項目管理軟件系統的一部分。在電子產品開發企業中，應用缺陷跟蹤系統的意義有：
（1） 在一定程度上修正由于產品缺陷而帶來的影響。產品的開發過程必然伴隨著缺陷，即便是蘋果公司也不能保證自己的產品完全沒有缺陷。對于產品缺陷進行跟蹤，能夠幫助廠家了解缺陷發生的原因，并及時進行彌補，能夠在一定程度上修正由于產品缺陷對消費者帶來的不好的影響，為公司將來的發展奠定聲譽。
（2）缺陷信息得到有效記錄和共享。缺陷跟蹤系統對于缺陷的采集和記錄，能夠讓電子產品這生產廠家及時意識到缺陷，并采取相應的彌補措施。而一個缺陷的發現，則能夠為下一代電子產品的設計提供建設性的意見，避免在下一代的電子產品中繼續出現同樣類型的缺陷，這對于電子產品的生產廠家是很有意義的。
（3）產品質量能夠進行定量分析。項目經理可以根據缺陷跟蹤系統中的缺陷記錄提交、解決的情況，分析當前項目的設計開況，評估設計質量，為下一階段設計開發工作的安排提供事實依據。
（4）促進人員交流，降低研發成本。缺陷跟蹤系統本身包含了企業對缺陷問題的處理流程，并將這一流程電子化、自動化，極大的提高了開發人員之間的交流效率，降低了研發成本。基于上述理由，一家企業如要想提高自身的研發能力和產品開發質量，必須有完善的缺陷管理制度和缺陷跟蹤信息系統，隨著項目規模和產品開發團隊的擴大，缺陷跟蹤系統必然會發揮越來越重要的作用。
4基于缺陷跟蹤系統的貝葉斯網絡
為了解決不定性和不完整性的問題，以計算電子產品設計缺陷出現的概率，這里引用貝葉斯網絡。貝葉斯網絡對于解決復雜是不是不確定性和關聯性引起的故障有很大的優勢，其可以從不完全、不精確的產品信息中作出推理，以得到正確的結果。受篇幅的影響，本文不對于貝葉斯網絡的定義和用法作出詳細的解釋，只是簡介基于缺陷跟蹤系統的貝葉斯網絡的應用。
缺陷跟蹤系統的應用，讓電子產品生產企業對于設計缺陷的定位由定性變成了定量，而利用貝葉斯網絡推理模型，在項目的初始階段，可以利用缺陷跟蹤系統采集的數據，對項目進行合理的分析，就可以知道在以往的設計產品中有哪些缺陷，哪些部位容易存在缺陷，甚至可以具體算出設計缺陷在某個部位發生的概率的大小，從而在新產品的設計之初就能夠想辦法避免這些缺陷，以得到優良的產品。
5小結
科技的發展讓電子產品成為人類生活的一部分，可以說人類的生活已經離不開電子產品。我國作為世界上最大的電子產品新興市場，巨大的市場潛力對于電子產品生產廠家來說既是機遇也是挑戰。而想要在日益激烈的市場競爭中占有自己的一席之地，取得長遠的發展，相關電子企業就必須嚴格控制電子產品的設計缺陷。
【參考文獻】
[1]朱敏，劉衛東.基于粗糙集貝葉斯網絡的電子產品設計缺陷評估模型[J].計算機應用研究，2013，30（3）：706-711.
區別于其他產品的設計，電子產品的工業設計需要將高科技、藝術創意和產業鏈環境相融合，更加體現集成創新的概念。宇朔工業設計認為設計過程中需要重點考慮四個方面：差異性、易用性、競爭性和趨勢性。
云計算對IT的影響是各個層面的，電子產品設計概莫能外——終端的設計越來越簡單，但“設計無處不在，設計可無中生有，有中生無”，交互界面的設計也是工業設計，人機界面和使用方式的設計已經獨立為一個很大的設計需求市場。“工業設計組成元素是：人、產品、環境，硬件技術、軟件技術以及內容，需要通過設計來實現，設計不僅指產品設計，而是廣義的概念，且不能狹隘地把設計當成簡單的外觀造型、結構設計、配色等。現代科技的發展和工業設計是相輔相成的、共同成長的。”
談到本次國內電子產品設計公司九強邀請展的意義，程益浪認為，品牌是一種標識，更是一種重要的經營資產。資產需要時間、空間和資本的長期持續積累并且需要精細化經營，它才能將無形資產轉化為資本，從而實現社會價值。TOP品牌形象的推出在行業中具有強大的號召力和市場價值，可帶動行業快速發展。
基于多年的設計經驗，宇朔制定了未來業務的發展方向：堅持“三位一體”工業設計核心理念和創新設計服務模式，專注+專業的電子產品的設計研發和產業化。宇朔的業務不僅有主流的外貿出口業務，還要擴展為品牌和行業客戶的服務業務，并將自主設計研發和產業化業務延伸到更多競爭更為激烈的市場。
1.1本課程的知識模塊包括：①產品材料與表面處理工藝常識；②塑料件結構設計的基本原則；③鈑金類產品結構設計基本原則；④模具基礎知識；⑤產品結構布局設計；⑥產品典型結構。其目的是使學生掌握結構設計的基礎知識，培養學生的三維空間想象能力，在實際應用中培養學生的新產品開發以及應用計算機繪圖的能力。
1.2課程的重點內容包括：①常用塑膠材料基本知識；②常用金屬材料基本知識；③常用表面處理知識；④產品結構設計總原則；⑤產品結構關系分析與結構繪圖的基本要求。
二、《產品結構設計》課程的教學思路
2.1選用教材。目前還沒有適合工業工程專業使用的《產品結構設計》教材，所以國內普遍做法是選用產品結構設計方面教材，暫定的教材是黎恢來編寫的《產品結構設計實例教程》。該教材將作者十幾年的產品結構設計經驗總結而成，系統、精細、全面地介紹了產品結構設計知識及設計全過程，明確了產品結構設計的概念和崗位職責，并通過講解一款電子產品的全套產品結構設計的整個過程，幫助學生融會貫通，更加高效地學習和掌握實用技巧。
2.2教學內容。依據工業工程專業的整體人才培養方案和教學大綱的具體要求，將《產品結構設計》分為六大模塊，每個模塊里面包括若干的章節，各章節之間既自成體系，又互相有銜接，條理清晰，通俗易懂。①“產品材料與表面處理工藝常識”模塊，主要介紹注塑工藝理論、常用塑膠材料和金屬材料基本知識，以及注塑件、鈑金件表面處理方法。塑膠的定義及分類方面，介紹ABS、PS、PP、PVC等的應用范圍、注塑模工藝條件和化學和物理特性，重點是使學生了解注塑件的常見問題分析及解決，比如縮水、飛邊、熔接痕、頂白、塑膠變形等。金屬材料方面，介紹一些金屬的特性和應用范圍，比如不銹鋼、鋁、銅、鎳和鋅合金。常用表面處理知識方面，主要涉及塑料二次加工的基本知識，學生需要了解絲印、移印、燙印、超聲波焊接、噴涂、電鍍和模內覆膜等表面處理工藝。②“塑料件結構設計規范”模塊，重點介紹塑料件在設計和修改階段需掌握的通用設計規范，比如塑料件的料厚、脫模斜度、圓角設計，能夠分析塑料件的加強筋、孔、支撐面的使用范圍。在細節部分，應了解塑料件文字、圖案、螺紋和嵌件設計。③“鈑金件結構設計規范”模塊，介紹鈑金類產品設計的工藝要求，包括沖裁、折彎、拉伸、成形工藝，并且讓學生了解壓鑄類產品結構設計的工藝要求。在此模塊的教學中，應引入企業實際產品案例進行講解，以便于學生更好地掌握鈑金件的設計規范。④“塑料模和鈑金模基礎知識”模塊，介紹塑料模和鈑金模的基本類型及典型結構，包括模具概述，模具的分類、注塑機介紹等，重點講解的是注塑模結構里面的澆注系統、頂出系統、排氣系統和行位與斜頂，以及二板模和三板模之間的區別和應用，以“實用、夠用”為度，學生只需了解典型的模具結構，不需要進行后期的模具設計。⑤“產品結構布局設計”模塊，主要介紹殼體形狀結構、密封結構、卡扣結構、螺釘柱結構、螺紋連接結構和嵌件連接結構等知識，以及各個特征的定義、作用和設計原則，特別是特征在使用時的相互配合關系。拓展知識方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通過孔設計規則，以及模具設計與產品結構設計之間的聯系。⑥“典型產品結構”模塊，重點介紹目前國內普遍使用的三大產品（電子產品、家電產品和電動產品）的典型結構設計知識。每類產品選取一款經典的已批量的產品作為藍本，深入解剖結構知識在產品設計的運用。比如電子產品選手機為代表產品，講解手機產品各零部件的結構、前殼與底殼的止口設計、LCD屏限位結構設計和電池固定結構設計，以及內藏攝像頭結構設計。家電產品則以電吹風為例，學生要掌握電吹風的功能、材料、結構工藝性等，了解CAD軟件在電吹風設計中的應用，能對產品塑料件進行結構分析。在此過程中，還要掌握項目管理方面的知識。
2.3教學方法。在教學中，提倡基于工作過程為導向的項目化教學，理論教學與實踐練習相結合，增加實踐課時的比例，培養產品設計的實踐能力。教師引導學生建立實用合理的知識結構，強化學生的自覺體驗和掌握知識的遷移能力，淡化理論和實踐的界限。在基礎知識夠用的前提下，采用任務驅動教學法、項目教學法，通過在具備多媒體教學設施的校內實訓基地開展新產品和新工藝的開發工作，使學生體會具體產品的外觀造型和結構設計過程，提高學生的綜合應用能力和實際應用能力。
針對影響電子產品使用穩定性和可靠性的因素(諸如溫度、濕度、鹽等),在電子產品設計時提出了防濕熱、防鹽霧、防霉菌的基本要求,合稱為“三防”。其具體的定性理論如下:(1)防濕熱:當空氣濕度過大時,電子產品的材料構件易受潮而發生變形,從而加速金屬腐蝕,并最終導致性能降低或破壞,為避免該類現象應進行防濕設計;(2)防鹽霧:鹽霧中的氯離子可以穿透產品的金屬保護膜,形成的鹽溶液能加速化學腐蝕和金屬電蝕,降低絕緣性,常見的空氣污染中所含有的二氧化硫、氨氣、氯氣等有害氣體易導致該類現象;(3)防霉菌:電子產品運作時的產熱量利于霉菌的繁殖,其所產生的分泌物不僅影響美觀,也能引起腐蝕現象的產生,從而損壞電路功能。
1.2新“三防”時代
三防技術是針對電子產品開展的有關環境條件及其影響、耐環境設計、綜合防護技術、效果評價及技術管理等方面的理論研究及工程應用的一項系統工程。隨著信息時代的到來,通信設備的三防性能已成為重要的技術指標之一,常作為產品試驗考核的基本內容以考察設備的可靠性。現階段,其主要涉及對象包括材料、元器件、電路、結構、工藝等,而在現有的使用環境條件下,從上述各方面改變產品的性能已成為未來電子通信設備三防設計的主要發展趨勢,已達到提高通信設備的環境適應性的目的。
2三防設計的內容
電子產品研究和設計,需根據其應具備的性能要求和使用的環境條件進行相關的考量,因此,三防設計的基本內容有:(1)產品壽命期環境剖面及其對腐蝕的影響程度,電子產品的使用環境對產品的性能影響巨大,考察環境中可能存在的不利因素是三防技術應用的前提,也是十分重要的技術依據。(2)三防技術保護措施。現有的三防保護主要從材料防護(主要體現為材料的抗腐蝕性能)、結構防護(主要是避免腐蝕問題的結構設計)和工藝防護(技術工程化過程)。(3)三防試驗及評價技術,試驗的方法主要包括人工加速試驗和大氣暴露試驗兩類,同屬于破壞性試驗,旨在通過短時間的惡劣環境(自然環境條件、人為使用條件)得出破壞產品性能指標的參數,以便進行相應的改進。(4)三防管理技術,電子產品的生產過程拉伸大,從產品的設計到最終的生產驗收,各個環節都有不同程度的影響,建立合理的管理體系,首先可以方便整個過程的有序化執行,也有利于后續的反饋性查詢。針對以上內容,戴柏林等人形象化地給予了其基本的結構層次,如下圖所示。圖中十分明確地描述了各層次的基本屬性和協作屬性,即:管理體系的作用;各層次可合并或拆分;低層次的內容條目更具體;第三、四層次可補充。
3三防設計的強化
3.1三防技術管理的提高
三防技術管理體系,指為使電子產品達到三防技術標準而應具備的技術和管理條件,其應具備標準化、程序化和制度化的基本特征,所涉及的基本內容包括管理框架、相關過程、工作程序及所需資源四個部分,三防管理體系建設的主要目的在于規范和約束設計師行為,避免設計的隨意性。將三防問題納入管理體系內,就必須要求在產品設計到制造的整個過程中嚴格檢查相應的各個點的執行情況,具體體現在以下幾點:(1)設計方案的反饋:確立設計方案后,進行相關試驗,試驗的具體情況應及時反饋給工藝、結構總設計師,便于從整機防護的高度調整或改進其三防問題;(2)分工協作能力:要求各個部門明確職責,從生產的各個環節配合三防工作的良好展開;(3)流程監督、記錄:針對生產流程中影響產品性能的特殊工藝過程,嚴格填寫必要的生產記錄,便于查找和分析問題;(4)產品的驗收:零部件應進行相關專業、工序的自檢、互檢、專檢過程,驗收合格后方可進行破壞性模擬鑒定;在進一步的產品生產過程中,也應嚴格執行產品驗收標準,針對客戶的反饋應進行及時的工藝技術修訂。
3.2三防技術材料的選擇
針對電子通信結構部件特性,正確、合理地選擇相應材料(金屬及非金屬材料)是進行三防設計的第一步,只有從原料上保證質量可靠性,才能從根本上保證設備的可靠性,因此,選材至關重要。在材料的選擇上,為了使電子通信設備具有更好的適用性,應盡量選擇耐腐蝕性能好的金屬材料(諸如鋁合金、鈦合金、奧氏體型不銹鋼等)和耐老化、不長霉菌的非金屬材料。在材料選用前,應對其基本性能十分了解。21世紀進入納米材料時代,納米技術的應用更為廣泛,究其原因是因為納米材料具有常規狀態下材料難以比擬的優勢,比如良好的耐受紫外線功能、抗菌性能、顆粒度小(可制作無色材料)等,目前已有應用的納米材料有二氧化鈦。
3.3三防技術結構設計的提高
關鍵詞： 三防設計；數字對講機；結構設計
Key words： three-proofing design；digital walkie-talkie；configuration design
中圖分類號：TN802 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）16-0047-02
0 引言
21世紀，數字對講機是現代指揮專用的主要無線通信方式，在實際的工作狀態中，所發生的故障約一半是由環境因素導致的，其中90%以上是由溫度、鹽霧、濕度、霉菌和振動造成的。換句話說，設備的可靠性與環境因素有著重大關系。
在電子通信行業中，三防設計一般定義為防潮熱設計、防鹽霧設計和防霉菌設計。電子裝備的“三防”性能，已成為系統整機重要的性能指標之一。隨著現代通信技術的高速發展，工程師越來越重視三防設計，采用三防技術設計的數字對講機，能有效降低設備的故障率，提高產品可靠性和適應使用環境能力。因此，加強產品的三防結構設計，減小環境對設備性能的影響，是產品設計中的重要環節。
1 結構設計對產品性能的影響
專用數字對講機使用環境比較惡劣，采用三防技術設計的產品可適應野戰的高低溫，潮熱，鹽霧等嚴酷氣候條件，并且能夠長期穩定、可靠地工作。三防結構設計是三防設計完善與否的關鍵之一[1]，通過結構設計體現出三防設計的要求。因此，在電子設備的產品設計中，整機結構設計是否合理，不僅決定產品的成本高低，同時影響產品的使用性能。
當前，數字對講機的結構設計存在諸多缺陷，主要體現以下方面：
①密封性差，防水防潮性能弱，導致對講機在雨天或者潮濕氣候條件下不能正常使用；②材料選擇或者工藝處理不當，導致產品在鹽霧環境使用時不能有效抵抗鹽霧腐蝕，甚至斷裂；③我國南方及沿海地區氣候較潮濕，產品放置一段時間后就會發霉。
為解決上述不合理問題，需將三防設計的原則和方法融入結構設計中，從而提高對講機的環境可適應性，機械性能以及電氣性能。
2 三防結構設計
三防技術是涉及結構設計、電子元器件裝配以及工藝和生產技術管理等內容的綜合性系統工程[2]，其中結構設計為主要內容。運用三防設計的原則和方法，解決數字對講機結構設計存在的不合理問題，主要考慮如下幾點：
2.1 防潮熱結構設計 在三防設計中，防潮熱設計主要是防水設計。數字對講機由于體積小、重量輕、電子元器件之間的間隙小，其采用的防潮熱設計方法如下：
①優選防火、防銹蝕的合金材料；②在數字對講機表面涂覆保護層以防止銹蝕；③整機采用外殼密封防水，將電子元器件與周圍環境隔離，不與外界的空氣、水或其他腐蝕介質接觸。
依照《GB4208-93 電子產品外殼防護等級》標準，手持式數字對講機屬于外殼結構防水且不怕腐蝕的小型通信設備，其整機的防水等級為IPX7。為便于更快、更直觀地檢測產品的氣密性，采用充氣檢測法代替浸漬試驗。表1為數字對講機氣密檢測的試驗參數。
為達到要求的防水等級，數字對講機結構設計時主要采用防水圈、防水雙面膠及局部封膠等防水形式。如果防水等級要求比較高，可采用二次啤塑及超聲波焊接方式防水[3]。以手持式數字對講機為例，具體防水結構設計如下：
①受話器前腔的出聲孔使用防水透氣膜，既起到防水作用，也可以透氣透聲。
②采用硅橡膠密封圈防水方式。1）前殼和中殼以及中殼和后蓋配合處采用截面為圓形，邵氏硬度為45±5°的硅橡膠密封圈防水，使數字對講機成為一個密閉的腔體；2）功能旋鈕和中殼局部配合處采用O型圈密封；3）硅膠按鍵周圈設計的半圓型凸臺與前殼配合起到防水作用。
③采用防水膠的密封方式。如視窗玻璃和前殼，充電座周圈與后蓋之間的配合面可以采用3M雙面防水膠，以起到密封防水作用。
④電池上，下殼體材料都為PC或ABS，通過超聲波焊接的方式，將電池上下殼體焊接為一整體，同樣可以達到良好的密封防水效果。
2.2 防鹽霧腐蝕的結構設計 鹽霧環境會引起手持式數字對講機的腐蝕，甚至影響整機的使用性能。按照《GB /T2423.17電子產品防鹽霧測試》的試驗方法：需要將對講機放置在氯化鈉含量為5±1%的鹽溶液，溫度為35±2℃的試驗箱中，承受連續噴霧時間為48h的試驗，且連續噴霧每24h檢測一次鹽霧的沉降率和pH值。試驗結束后，檢測噴霧后收集液的pH值是否在6.5～7.2范圍內，并將設備在正常的試驗大氣條件下放置48h，然后進行全面直觀檢查及性能檢測，如果沒有任何鹽霧腐蝕跡象，樣品試驗合格。圖1所示，鹽霧試驗樣品為鎂合金AZ91B，采用陽極氧化處理，可以抗連續鹽霧試驗48h。
防鹽霧設計的原則是：①選用耐鹽霧腐蝕性材料，金屬一般選擇合金為最佳；②元器件要有一定的覆蓋層防護；③合理的結構設計。依上述設計原則，在結構設計方面主要考慮以下3點：
①優選耐鹽霧腐蝕材料。由于工作環境惡劣，對講機設計需要優選耐蝕性強的材料。相較鎂合金，鋁合金本身耐蝕性強，一般大氣條件下，鎂合金需要加保護層，而鋁合金只有在嚴酷的大氣條件下才加保護層[4]。如表2所示，鋁合金和鎂合金在不同的后處理方式下的抗鹽霧試驗時間對比，其中鍍層厚度均為7μm。
②采用表面涂覆層保護。1）由于緊固螺釘的十字槽處易磨損，應使用奧氏體不銹鋼，如：0Cr18Ni9（304）、0Cr17Ni12Mo2（316）并鈍化處理，滿足強度要求同時也可以通過中性鹽霧試驗48h無腐蝕；2）外露的充電觸點選用黃銅材料，且表面覆蓋層采用鍍金方式，鍍層厚度為3μm；3）鋁合金LY12殼體可以采用陽極導電氧化磷化底漆噴褐綠色塑粉。
③設計合理的結構。考慮涂裝和維修的方便，設計時盡可能采用簡單、合理的結構方式。例如，前殼需要暴露在外，設計時采用開放式的百葉窗結構形式，可以避免殘余水分積聚和灰塵積存，起到良好防護作用。
2.3 防霉菌設計 在濕熱環境中，對講機極易遭受霉菌侵蝕，因此，防霉設計是濕熱環境下對講機環境防護設計的重要內容。數字對講機采用鋁合金材料，霉菌試驗僅作外觀檢查，試驗周期28天。其具體測試內容：在溫濕度交變環境下進行，每24h循環一次。植入試驗要求菌種，試驗結束時，立即檢查樣品表面霉菌生長情況，按表3評定試驗結果。
由于工作環境的特殊性，數字對講機在結構設計上的防霉菌措施是：①選用抗霉菌性能強材料。優選不易發霉的鋁合金材料；②加入防霉劑和合理的表面涂覆。比如橡膠表面需要添加水楊銑苯胺的防霉劑，而金屬外殼表面可以噴涂防霉漆，既美觀又可以防霉；③防霉包裝、密封。金屬外殼密封前，零部件用強紫外線進行照射，同時密封的內腔充入高濃度的臭氧，防止和抑殺霉菌，能起到有效防護作用。
3 結論
三防技術是一項復雜且與結構設計緊密聯系的系統工程，隨著新技術、新材料、新工藝的廣泛應用，“三防技術體系”得到逐步完善。結構設計師在設計產品時應考慮整機的三防設計要求，大大提升產品的環境適應能力。如今，隨著人們對產品質量的要求越來越高，采用三防設計的數字對講機逐步走進人們日常生活中。
參考文獻：
[1]劉欣，劉繼芬.三防技術分析與應用[J].電子工藝技術，2010，31（6）：354-357.
中圖分類號：S611文獻標識碼： A
引言
電子組件是數碼產品的核心，若在潮濕環境中長期放置，會損壞、腐蝕電路板，一旦掉入水中，接通瞬間就會被燒毀，數據也就毀壞。人們正在使用或隨身攜帶的電子產品許多的突發事件會使其遭受水難，造成極大的損失。解決防水問題有很多種方法和措施，且已經被證明是有效的。但是在設計中仍然要針對實際情況加以仔細分析，力求用最簡潔、最可靠的設計，最低的成本，最易維護的措施來滿足設備的防水要求。
一、主流防水設計方式
在產品設計過程中，電子產品防水設計的方式多種多樣，常用的防水設計方式有：止口方式的防水設計、防水圈方式的防水設計、超聲波方式的防水設計、二次啤塑方式的防水設計及電路密封絕緣方式的防水設計。
進行電子產品防水設計時，電子產品需要達到的防水等級必須要明確。采用的結構設計方式根據防水等級不同而不同。例如：二次啤塑防水的防水設計可以達到IP8，而止口方式的防水設計只能達到IP4。
（一）、二次啤塑方式的防水設計
在防水等級比較高的場合一般都會使用二次啤塑方式的防水設計。例如，用在成型多芯防水接頭上，一次注塑成型模具制造的防水接頭配額的不足、公母端子定位精度低可以解決。但是，二次啤塑方式的防水設計也存在有缺點：制作的成本高、難度大、維修費用高等。
（二）、防水圈方式的防水設計
一般采用軟性材料來進行防水圈方式的防水設計，如硅膠、橡膠、TPU、PVC等，在兩個零件配合的縫隙處一般使用防水圈。防水圈的工業方式有兩種：一種為設計預留槽在接縫處，在進行固化前，將防水交替注入其中；另一種為彈性固態體通過模具成型，例如O型圈。對于第一種工藝：目前使用也是比較普遍，通過點膠機進行防水質量的控制批量產品，但后續維修不方便。對于第二種工藝：不宜設計防水圈長度過長，因為存在防水圈的合縫問題，不過進行防水在必須采用此方法并且防水圈太長時，解決這個問題可以通過二次啤塑的方法，但需要較高的生產成本和模具技術；具有不同的形狀防水圈截面，有橢圓形、圓形、鋸齒形、方形、方波形等。需要根據不同的防水等級以及不同的結構形狀在進行電子產品防水設計時，來確定使用最佳的防水圈。
（三）、電路密封絕緣方式的防水設計
一般與其他防水方式的設計相結合進行電路密封絕緣方式的防水設計，二重防水、三重防水等防水設計從而構成。根據防水等級的不同，目前電路密封防水方式的設計采用的密封材料也不盡相同。一般都是在電路板的表面噴涂三防漆為普通電子產品線路板的密封絕緣方式，要求的防水等級低，主要目的是防潮；有的產品需求防水等級為6到8的，可以采用防水絕緣膠泥，在外殼即使第一道防水不起作用的情況下，也能夠確保產品的正常運行，不過在進行此類產品的設計時，必須考慮到電子產品的散熱的同時考慮防水設計，因為電子產品熱量的傳遞會受到防水絕緣膠泥導熱系數的影響。
二、電子產品防水級別
對于電子產品防水級別的要求根據不同的環境情況，也不同。國際認可的防水標準有“日本電子工業防水規格JIS標準”和“國際工業標準防水等級IP”。我國的GB4208-93標準――對電子產品的防水防塵外殼防護等級（IP代碼）做了相關規定。依照保護等級該標準分為9個階段（0~8），其中防水意義及種類如表1所示。
表1電子產品防水級別
三、幾種電子產品常見的防水設計
（一）、某車載單機的防水設計
某車載系統經過二年多時間的研制，順利完成了各項性能指標的測試和定型試驗工作，但是，在環境試驗中有較多的問題暴露。其中，某單機在交變濕熱試驗后如圖1所示，發現不能正常開機液晶顯示器，在內部打開機箱后有大量積水，水擦干后，再接通電源，顯示屏雖然有顯示，但是有抖動，并且有兩條橫線在屏上面，兩分鐘后，顯示屏變為黑屏。該單機為型材結構，采用封閉式蓋板在上下兩面，沒有采用橡膠密封條密封措施在不機箱和蓋板之間。它的密封性能間于密封式機箱和敞開式機箱之間，這樣的機箱在交變濕熱環境中，在內部由于“呼吸”效應反而比較容易產生積水。由于在機器內壁上顯示屏是緊貼的，導致顯示屏內液晶顯示器電路短路造成工作異常。
圖1科研車載樣機外形及蓋板設計改進
解決方案一是對液晶顯示器采取加固措施進行全密封，二是設計成敞開形式將半密封狀態的機箱。方案一由于該液晶顯示器為外購器件，改進設計難度較大，徹底改進的條件不具備，簡單的加固效果可能不夠理想，因而有較大的改進設計風險，且仍然得不到解決機箱積水的問題。而進行全密封設計整個機箱改進難度更大，也不存在從整個計劃進度安排上較大改進的可能性。單機內部考慮到模塊級部件均采用了防銹鋁材料，這種材料防腐蝕性能較強，機箱內部及帶元器件印制板所有表面均采用的處理措施為涂覆三防漆，且該單機的使用是在車載平臺艙內，相對環境條件較好，因此，在機箱上下蓋板最終采取了增加透氣孔的改進設計，在交變濕熱環境下以改善單機內外部的壓差問題，由于壓差造成凝露積水可以避免。在交變濕熱試驗后改進后的結構無積水產生，單機工作恢復到常溫后正常。
（二）、某天線有源盒的防水設計
在外場某系統7~8月份進行聯試，聯試后期，發現出現天線指標異常，檢查后發現反饋水平和垂直有源盒內有較多積水，元器件發生了嚴重腐蝕，如圖2所示。
圖2天線有源盒腐蝕后的外觀
對上述有源盒蓋板筆者用Ansys軟件進行了力學分析。按照橡膠變形應力為10MPa的估算值，橡膠壓縮量達到20%為計算依據，得出如圖3所示結構鋼板和鋁板的最大變形值，見表2。采用3mm厚的鋁板從表2可以看出，作為密封蓋板，為0.82mm的蓋板變形量。實際受力情況和仿真計算條件雖然不完全相同，也沒有這樣大的蓋板實際變形量，但是用3mm鋁板作密封蓋板時，卻能說明在兩個固定螺孔中間位置的并沒有達到20%的橡膠圈壓縮量，因此，這時的密封效果是不理想的。若適當增加鋁板厚度，同時增加緊固件數量，靠O形密封圈則可以達到較好的密封效果。
表1不同材料和厚度在10MPa壓力下的變形量
圖3有源盒3mm鋁板密封蓋板及力學分析
四、防水設計新思路
可彎折的柔軟鍵盤：機械和電子電路密封在柔性聚氨脂泡沫殼體內，采用模具直接澆鑄而成，適合航海、游船、飯店等環境中使用。這些地方水侵蝕破壞很大，密封的表面可以阻止液體、食物、灰塵、污染物在操作錯誤或清洗鍵盤時進入，有效做到抗水、抗潮濕、抗泄露。
SwiMP3：播放器放在腦后，采用套頭佩戴方法，采用觸摸式設計按鍵，整個MP3是佩戴在頭上，這些都是方便游泳時進行操作的人性設計播放器。耳塞利用頭顱和臉部里的骨當作媒介來傳播聲音，就是這樣實現了徹底防水，并且耳塞采用入耳式的緊貼設計在與耳朵里的骨組織相接觸的同時防止水進入耳朵，作為傳播聲源。
結束語
總而言之，隨著電子產品的不斷發展，防水設計顯得越來越重要，越來越多的新的防水思想會不斷出現，防水的設計方式也不斷增加，同時使我們的電子產品也將越來越完善。
參考文獻
風力發電是一種將風能轉換為機械能，由機械能再轉換為電能的機電裝置。風能發電的原理為：在風力作用下，葉片帶動線圈旋轉切割磁力線，從而產生電流。風能發電機一般由風輪、發電機、調向器、限速安全器和儲能裝置等構件組成。風能作為可再生的、無污染的自然能源具有廣泛的使用前景。
1．2LED燈工作原理
LED（LightEmittingDiode）燈被稱為“綠色照明”工具。其核心的部分是由P型半導體和N型半導體所組成的半導體晶片。在PN結外加上電壓，通過在P端接正極，N端接負極，電流便能從P型端流向N型端，空穴和電子都向界面運動，使空間電荷區變窄，電流可順利通過。利用PN結的單向導電性，在半導體晶片的兩極加上正向電壓，半導體中載流子發生復合，將多余的能量釋放出來而引起光子發射產生可見光，從而把電能直接轉換為光能，光的強弱與電流大小有關。LED燈作為騎行自行車的主要照明產品應用已經越來越廣泛。
1．3自行車車載風能照明與充電系統可行性分析
風能是最普遍的無污染可再生能源，在使用時間上限制性不大，未來有望成為能源結構中的重要組成部分。LED光源具有高效、耐用、體積小、安全、環保等多種優點，目前被廣泛應用于各種照明設備。設計中不僅需要在不同階段協調不同用戶的需求與產品之間的關系，還需要協調在不同階段與自然環境的關系，確保產品在生產、流通、使用、回收和銷毀的過程中不對環境造成不可逆的影響，最終實現低碳化。大多數產品成本、質量和可持續方面（經濟、社會和環境）問題是在設計過程中建立的，文中所述設計力求將可持續設計思想貫穿于整體設計中。
2產品設計
2．1設計思路
通過分析風力發電原理及調查市場現有可充電式LED自行車照明產品，將該原理與自行車LED照明產品結合，利用自行車騎行時產生較大的風速轉換為機械能，再將機械能轉化成電能并儲存。電能一部分用于夜間自行車騎行照明，另一部分可供小型電子產品充電。與普通可充電自行車燈相比，充分利用了騎行時產生的風能，從而減少能源浪費，產品形式靈活多樣化，達到便捷、節能效果。
2．2外觀與結構設計
傳統自行車燈造型單一，缺乏自身獨特的造型語言。從外觀設計角度實現自行車燈的低碳環保體現在：在基本形態選用上，曲線造型形成的弧形能減少風阻，符合空氣動力學原理，結構邊緣采用圓角過度，能夠很好地依附于自行車，且實用產品體量感減小。在結構的組合上方便制造、安裝、檢驗、維修以及拆卸、回收再利用。產品材質設計取決于產品的使用功能，基于產品要與自行車進行依附，材料選用橡膠等軟材質，有一定彈性及摩擦力。由于產品的使用時間為自行車騎行階段，因此要充分考慮適用各種環境因素。結構設計時應充分考慮使用過程中存在的問題：
（1）頂部滑塊及風扇蓋設計。頂部黃色滑塊可隨著圓弧外殼來回滑動，遮擋USB插口，避免灰塵與雨水進入。
（2）凹槽與固定帶設計。凹槽采用半徑為15mm的圓弧，以適應不同直徑的車把；凹槽處采用軟質橡膠（表面規律性凹凸），增加了與車把之間的摩擦，加上可調節固定帶，可使產品很方便地固定在車把上。
（3）指示燈用于提示充電量容量，指示燈亮時蓄電池充滿。
（4）USB插口可用于用電量小的電子產品充電。此外，產品部件易于拆卸，有利于組裝及維修。當某些功能部件損壞時可方便地更換，避免成套設備報廢，使產品的使用壽命延長。加強產品的耐久性和功能靈活性的設計和再設計，更注重可持續發展。
2．3蓄電池
由于發電裝置所產生的電力有限，因此需要蓄電池儲存電能。以夜晚照明時間為2h（照明燈功率為0．25W的LED燈照明所耗掉的電量約為150mAh）計算，同時給小型音樂播放器充滿電（一般小型電子產品蓄電池的容量約400mAh），需選用總容量至少為550mAh的蓄電池。
2．4其他部件
為保證蓄電池、LED燈正常使用，延長其壽命，裝置必須加以穩流器、穩壓器、調節電壓器、整流電路等小部件。
關鍵詞：
電子工程設計；EDA技術；電子技術
近些年來，隨著電子技術日益發展、革新，應用逐漸實現了快速化和大容量發展，設計系統的數字化，由傳統組合芯片轉變為單片系統發展。可以說，EDA技術發展，實現了電子領域、電子系統開發的變革，是科技提高、發展的重要產物，對電子工程設計而言，EDA技術的研究、分析具有十分重要的現實意義。
1EDA技術概述
EDA技術，實現了電子設計的自動化，CAM和CAE技術概念出現，逐漸產生了EDA技術，該技術以計算機為主要工具，集合拓撲邏輯結構、計算數學技術、數據庫技術、數字優化技術、圖形技術等學科，逐漸產生了最新理論結構，由微電子、信號處理分析、電路技術和信息技術的重要集合。現代化EDA技術特點較多，選擇自頂向下方式設計程序，確保了設計方案整體性和優化性，加上該技術自動化程度較高，在電子工程設計時，可開展各類級別調試和仿真，對于電子工程設計者而言，可及時發現結構設計錯誤，防止設計工作浪費，防止細枝末節錯誤，在系統開發中能夠投入更多精力，確保設計的高效率和低成本，縮短設計周期。同時，EDA技術能夠并行操作，構建框架結構環境，可實現同步電子工程開發、設計。可以說，EDA是電子技術設計自動化，也就是能夠幫助人們設計電子電路或系統的軟件工具。該工具可以在電子產品的各個設計階段發揮作用，使設計更復雜的電路和系統成為可能。
2EDA技術的特點
首先，在現代EDA技術的運用，大多選擇“Top-Down”程序進行設計，保證設計方案優化性、合理性，防止“Bottom-up”的設計局部優化，避免整體結構缺陷。其次，HDL技術的設計優點，可實現語言的公開利用，保證語言描述范圍，確保設計和工藝無聯系，保證現場、系統編程，確保設計保存更為便捷，可實現在線升級。第三，自動化程度較高，在設計過程中，能夠實現各級別仿真和調試，在早期結構設計時，設計者能夠及時發現設計錯誤，防止設計工作重疊。另外，設計人員能夠省略具體細節問題，在系統開發上能夠集中精力，確保設計低成本和高效率。
3EDA技術的發展
在電子工程設計領域，隨著EDA技術出現到發展，主要分為3個歷史發展時期：首先，初級階段。從1970年開始，EDA技術主要是采取CAD技術，集成電路具有小規模特點，在傳統手工圖設計時，因集成電路板、集成電路成本較大，周期較長，設計效率不高，主要依靠計算機技術進行設計印刷，選擇CAD工具，可實現布圖布線的二維設計和分析，代替了傳統的高重復性工藝。其次，發展階段。從1980年開始，EDA技術逐漸發展完善，集成電路規模也隨之增大，電子系統的復雜化，開展軟件開發研究，實現CAD系統集成，強化了電路功能設計、結構設計，EDA技術逐漸延伸至半導體芯片設計。第三，成熟階段。EDA技術經過長時間發展，從1990年開始，微電子技術發展十分迅猛，一個芯片集成，就可達到幾千萬、上億晶體管，對于該技術現狀，對EDA技術要求也隨之提高，促使EDA技術進一步發展。全球各大公司陸續研發EDA系統，開展大規模系統仿真，研究高級語言技術和綜合技術。
4EDA技術軟件研究
首先，EWB軟件。該軟件技術是基于PC電子軟件設計，具有集成化、仿真分析、原理圖、接口設計、文件夾設計等幾個特點。其次，PROTEL軟件。使用該技術，主要在PROTE199中廣泛運用，立足電路原理圖設計，采取印刷電路板設計和高層次設計技術。近些年來，EDA技術開發成為熱門話題，得到迅速發展。在該領域，主要包含高層次模擬和硬件語言描述，是一種高層次綜合技術。隨著科學技術水平不斷提高，EDA技術朝著更科學、更高層次設計技術逐漸發展。
5EDA技術作用
首先，使用EDA技術，可驗證電路設計，保證方案正確性。確定設計方案后，通過系統仿真、結構模擬，對設計方案可行性進行驗證設計，保證系統環節傳遞函數能夠實現。推廣系統仿真技術，在非電專業系統設計時，可確定某種新構思和新理論設計方案。待仿真后，可模擬分析系統各電路結構，對電路性能指標實現性、結構設計正確性進行判定。其次，使用EDA技術，可優化設計電路特性。對于元器件容差，加上工作環境溫度變化，會影響電路穩定性。通過傳統設計方法，難以全面分析這種影響，也難以完成整體優化設計。使用EDA技術，利用統計分析、溫度分析功能，處于各種溫度條件下，可分析電路特性，有利于最佳電路結構、系統穩定溫度和最佳元件參數確定，保證電路優化設計。第三，使用EDA技術，可實現電路模擬測試。對于電子電路設計，在設計過程中，包含大量的特性分析、數據測試，由于受測試儀器精度、測試手段約束，存在較多測試問題，選擇EDA技術，可實現功能的全部測試。
6EDA技術實現步驟
如上文所述，在現代電子設計領域，EDA技術是技術發展的重要方向，主要是一種硬件HDL描述語言，對硬件電路功能、信號連接、定時關系的語言描述。因此，EDA技術具有較高的自動化程度，能夠實現并行操作，具有較廣的語言描述范圍，可實現語言公開利用，促使整體設計方案的優化設計。對于EDA步驟的實現，主要包含如下方法：首先，文本圖編輯和原理圖修改。通過圖形編輯器，對文本、圖形進行設計，可充分表達設計者的設計意圖。其次，編譯。通過編譯器，對設計描述進行拍錯編譯，通過設計描述，直接轉換成特定的文本形式。第三，綜合。在該步驟中，可實現軟件設計、硬件實現性的合二為一，由硬件電路代替軟件設計，通過HDL綜合器，促使網表文件生成。另外，以門級為出發點，可描述門電路結構。只要用硬件描述語言將數字系統的行為描述正確，就可以進行該數字系統的芯片設計與制造。第四，行為仿真。通過設計描述網表文件，實現功能仿真，對設計描述和設計意圖是否一致進行判定。第五，適配。對于網表文件，利用布局布線適配器，針對某一目標器件進行邏輯映射操作，例如邏輯分割優化，布局布線，以及底層器件的優化配置，等到邏輯映射操作完成之后，EDA軟件可形成多項結構，例如適配報告、下載文件。第六，功能仿真。在該步驟中，仿真精度非常高，和真實情況十分接近。第七，下載。如果上述6個步驟能夠順利實現，可將適配器文件下載，直接在目標芯片中轉存。
7電子工程設計中EDA技術的應用流程
近些年來，EDA技術在各領域不斷深入，涉及醫療、生物、航天、通信等領域，然而，EDA技術在電子工程設計中的運用最為突出，通過EDA技術，利用虛擬儀器進行產品測試，保證技術支持。可以說，EDA技術的運用，主要是電路特性優化和電路設計仿真。EDA技術在電子工程設計中的運用，主要應用流程如下：首先，源程序。在一般情況下，在電子工程設計時，主要是利用EDA器件軟件，通過圖形編輯器，展示文本、圖形。不論是文本編輯器，或圖形編輯器，均需依靠EDA工具編譯、排錯，方可實現文件格式轉化，保證了邏輯綜合分析。輸入源程序之后，即可實現仿真器仿真。其次，邏輯綜合。輸入源程序之后，利用VHDL格式轉化，即可進入邏輯綜合分析流程，利用綜合器，在電路設計過程中，通過高級指令，實現高級向層次較低語言轉化，即邏輯綜合。在邏輯綜合過程中，可將其看作電子設計的目標優化流程，輸入文件到仿真器后，實現仿真操作，確保功效、結果一致性。第三，時序仿真。邏輯綜合適配后，進入到時序仿真環節，時序仿真是利用適配器、布線器，通過適當手段，將VHDL文件傳輸至仿真器內，逐漸開始部分仿真。因VHDL仿真器的使用，需考慮器件特性，在適配之后，時序仿真結果比較精確。第四，仿真分析。明確了電子工程設計方案，通過結構模擬、系統仿真方法，對方案可行性、合理性進行研究分析。通過EDA技術，可實現系統函數傳遞，建立數學模型開展仿真分析。使用該系統仿真技術，可應用到其他非電專業設計中，在理論驗證、方案構思中能夠正確運用。
8結語
綜上所述，隨著科學技術不斷發展，現代技術逐漸革新，促使EDA技術領域朝著更高層次推廣、開發，且成效非常顯著。在本篇文章中，筆者詳細分析、研究了EDA技術的基本信息。根據研究表明，在我國電子工程設計領域，EDA技術的運用是一種技術推動和變革，基于EDA技術的電子產品，其使用性能、專業化程度明顯高于傳統設計方案。因此，在電子工程設計領域，使用EDA技術，可明顯提升工作效率，優化電子產品，拓展產品附加值，EDA技術發展方向的高層次自動化設計技術必將取得更輝煌的成績。無線互聯科技•設計分析
作者：陳瑾 單位：徐州工程學院
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