淺析電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

【摘要】本文將電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為論述對(duì)象，指出了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用及重要性，闡述了電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求與原則，從結(jié)構(gòu)需求分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證設(shè)計(jì)及定型設(shè)計(jì)方面，概括了電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本過程。在結(jié)構(gòu)組成的形式、材質(zhì)的選擇、電磁兼容性設(shè)計(jì)及熱設(shè)計(jì)等細(xì)節(jié)方面，說明了電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素。

【關(guān)鍵詞】電子通訊產(chǎn)品；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

引言

當(dāng)今信息化的時(shí)代，電子通訊產(chǎn)品已遍及各行各業(yè)，深入到人們學(xué)習(xí)、工作和生活當(dāng)中，電子通訊產(chǎn)品的質(zhì)量就尤為重要。而產(chǎn)品的質(zhì)量是設(shè)計(jì)出來的，不是檢驗(yàn)出來的。因此，一項(xiàng)成功的設(shè)計(jì)，不僅要有成熟的技術(shù)方案，而且還必須具有豐富的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是電子通訊產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要組成部分，它從美觀、防護(hù)、散熱、抗震及抗干擾等方面對(duì)產(chǎn)品的本身進(jìn)行了科學(xué)的規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)，有效地保證了產(chǎn)品的功能、性能及其附加值。

1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求與準(zhǔn)則

電子通訊產(chǎn)品一般由結(jié)構(gòu)、電路及軟件組成，其外形大多屬于箱式結(jié)構(gòu)，如：便攜式、機(jī)箱、插箱及機(jī)柜等。隨著人們審美觀以及對(duì)操作性要求的不斷提高，電子通信產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)除滿足電氣性能、環(huán)境要求及用戶需求之外，還要設(shè)計(jì)出符合操作者生理的結(jié)構(gòu)，力求外形美觀， 使操作者感到方便、舒適，便于操作與觀察。

1.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求來源于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的總體方案及需求規(guī)格書，主要表現(xiàn)在：功能滿足需求，性能穩(wěn)定可靠，工藝性好，材料選配合理，外型美觀大方，開發(fā)周期短，使用壽命長(zhǎng)，開發(fā)成本低，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)輸方便，符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)產(chǎn)化程度高等。

1.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

產(chǎn)品要滿足用戶的需求，設(shè)計(jì)要有繼承、創(chuàng)新、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)與高效的基本原則。

1.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與檢查準(zhǔn)則

1）以用戶為中心的設(shè)計(jì)。即從用戶的需求、感受及操作習(xí)慣出發(fā)，圍繞用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）可制造性設(shè)計(jì)。提高產(chǎn)品開發(fā)過程中設(shè)計(jì)、工藝及制造的質(zhì)量，降低產(chǎn)品生命周期里各個(gè)方面的成本，縮短產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的周期，減少或避免各個(gè)環(huán)節(jié)的反復(fù)。

3）可靠性設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和管理來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，其中首先是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，它決定著產(chǎn)品的本來具有的可靠性。產(chǎn)品的可靠性，主要體現(xiàn)在安規(guī)、散熱、電磁屏蔽及抗振等方面。

4）可服務(wù)性設(shè)計(jì)。從產(chǎn)品的安裝與維護(hù)角度來考慮，進(jìn)行的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。

2.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本過程

2.1 結(jié)構(gòu)需求分析

首先對(duì)產(chǎn)品總需求規(guī)格和總體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，從中把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需求篩選出來，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)及使用的依據(jù)。一般包括產(chǎn)品用途、使用環(huán)境要求、儲(chǔ)運(yùn)要求、重量要求、外觀要求、安裝與關(guān)鍵尺寸、供電方式及重要性能指標(biāo)要求等。

2.2 結(jié)構(gòu)概要設(shè)計(jì)

描述整機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、環(huán)境說明、重要性能指標(biāo)、用戶接口及板間連接器說明；確定結(jié)構(gòu)組成形式、機(jī)殼材質(zhì)、表面處理方式、外形尺寸及安裝方式等；采取的散熱及電磁兼容方式說明；安規(guī)、IP防護(hù)、裝配工藝及成本說明等。

2.3 結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)

根據(jù)結(jié)構(gòu)概要設(shè)計(jì)方案完成結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)，即完成產(chǎn)品圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、編制技術(shù)要求、零件清單及加工技術(shù)要求等；并根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的檢查準(zhǔn)則，對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)進(jìn)行檢查與修改。結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)要能夠滿足結(jié)構(gòu)概要設(shè)計(jì)方案里所有要求，從設(shè)計(jì)本身、材料、工藝及成本等方面完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)證

根據(jù)結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)完成樣機(jī)加工、試裝和設(shè)計(jì)修改，直到滿足產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能需求；另外，還要配合相關(guān)人員進(jìn)行產(chǎn)品的性能、安規(guī)、環(huán)境試驗(yàn)及EMC的測(cè)試，直到滿足產(chǎn)品的性能需求。對(duì)于需要開模加工的結(jié)構(gòu)零件，樣機(jī)合格后進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和制作，并完成模具試樣和修模，直至模具合格，模具樣件也要達(dá)到產(chǎn)品要求。

2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定型

編制結(jié)構(gòu)件檢驗(yàn)規(guī)范，主要包括鈑金件、塑膠件、機(jī)加工件、面膜標(biāo)簽類零件及外購(gòu)件。根據(jù)企業(yè)ERP系統(tǒng)的要求，分門別類的提交產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件零件號(hào)的申請(qǐng)；根據(jù)合格樣機(jī)的圖紙，編制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件資料，并儲(chǔ)存于服務(wù)器上的基線庫(kù)和生產(chǎn)專用庫(kù)。配合產(chǎn)品或項(xiàng)目經(jīng)理編制產(chǎn)品定型發(fā)布文檔等。

3.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮的因素

3.1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成形式及結(jié)構(gòu)件材質(zhì)的選擇

電子通訊產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式一般是盒式、箱式或柜式結(jié)構(gòu)。盒式結(jié)構(gòu)比較輕小，便攜的因素多，其結(jié)構(gòu)形式有：塑膠件與塑膠件組合、塑膠件與鈑金件組合、鈑金件與鈑金件組合、鋁型材與鈑金件或塑膠件組合等；箱式結(jié)構(gòu)一般是指19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱及類似該尺寸左右的非標(biāo)機(jī)箱，其結(jié)構(gòu)形式有：鈑金件與鋁型材組合、鈑金件與鈑金件組合及鈑金件與塑膠件組合等，此種機(jī)箱多用于通訊機(jī)柜里的設(shè)備；柜式結(jié)構(gòu)一般也是指19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜及類似該尺寸左右的非標(biāo)機(jī)柜，其結(jié)構(gòu)形式有：鈑金件與鈑金件組合、鈑金件與鋁型材組合，此種機(jī)柜多用于通訊機(jī)柜、電力機(jī)柜或設(shè)備的控制柜等。以上結(jié)構(gòu)形式中，零件的具體數(shù)量及其形狀也有不同的風(fēng)格組合，需要根據(jù)相關(guān)要求來確定。

電子通訊產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)件一般采用塑膠件、硅橡膠件、鈑金件、鋁型材及機(jī)加工等零件。常用的塑膠件是ABS、PC、POM及PA66等，一般通過開模注塑的工藝來實(shí)現(xiàn)；硅橡膠件多用于按鍵、密封圈及保護(hù)套等零件上，通過開模來實(shí)現(xiàn)；常用的鈑金件是：SPCC冷軋鋼板、SECC電解板、SGCC電鍍鋅板、不銹鋼304板、鈹青銅板及鋁板等，一般通過數(shù)控沖數(shù)控折彎或沖壓模具來實(shí)現(xiàn)；鋁型材的常用牌號(hào)是6063，通過拉伸模再加工來實(shí)現(xiàn)，多用于通訊行業(yè)的插箱上；機(jī)加工件的常用材質(zhì)是普通鋼、不銹鋼、鋁合金、黃銅及非金屬材料，主要通過車、銑、鉆等工序來完成。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成的形式需要根據(jù)用戶要求、功能與性能需要、安裝方式、使用環(huán)境、防護(hù)要求、抗干擾要求、美觀性、工藝性、成本及周期等因素來決定，而結(jié)構(gòu)件的材質(zhì)需要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成的形式等方面來確定。

3.2 電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的電磁兼容性設(shè)計(jì)

影響電子通訊產(chǎn)品電磁兼容性有兩方面因素：一是電路模塊本身的抗電磁干擾能力是否過關(guān)；另一個(gè)就是產(chǎn)品的外殼也就是屏蔽體之間是否保持著連續(xù)的導(dǎo)電狀態(tài)，這是電子產(chǎn)品抗電磁干擾的屏蔽墻。電磁輻射泄露的結(jié)構(gòu)部位主要是：屏蔽體間的縫隙、面板開孔及傳輸電纜。因此，常用的電磁屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施主要采取以下幾個(gè)方面：

1）外殼材質(zhì)具有電磁屏蔽性能，其表面鍍鋅或?qū)щ娧趸p隙處配合面不得噴塑噴漆；

2）零件之間緊固點(diǎn)的間距按照30-100mm選取，或在配合的縫隙中加裝屏蔽材料；

3）提高零件的剛性，保證屏蔽體之間有效接觸。一般采用提高板料厚度及折彎的方式；

4）加大配合面縫隙的深度?？p隙的深度，一般是板料厚度的10倍左右；

5）面板上盡量開小圓孔，避免開長(zhǎng)圓孔。圓孔直徑小于波長(zhǎng)的1/20，一般是3-5mm；

6）傳輸電纜的屏蔽一般采用屏蔽插頭與插座轉(zhuǎn)接，以及通過濾波來實(shí)現(xiàn)屏蔽。

3.3 電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的熱設(shè)計(jì)

影響電子通訊產(chǎn)品散熱的結(jié)構(gòu)因素，主要是零件之間的導(dǎo)熱阻力大、內(nèi)部空間的熱對(duì)流不暢及機(jī)殼表面的熱輻射效率低，因此熱設(shè)計(jì)的常用措施主要是以下幾個(gè)方面。

1）選用導(dǎo)熱系數(shù)較大的材料，減少接觸熱阻，加大熱傳導(dǎo)面積及縮短熱傳導(dǎo)路徑等措施，以增強(qiáng)熱傳導(dǎo)散熱。如：鋁合金材料及導(dǎo)熱硅脂等比較常用。

2）機(jī)殼設(shè)計(jì)有專門的進(jìn)風(fēng)、通風(fēng)、出風(fēng)的通道，以加大散熱對(duì)流的暢通。常用的辦法是：在機(jī)箱的相對(duì)面上或溫差較大的面上開散熱孔（進(jìn)風(fēng)口距出風(fēng)口盡可能遠(yuǎn)），把發(fā)熱器件放置在內(nèi)部的風(fēng)道上（封閉的風(fēng)道效率當(dāng)然更高）。發(fā)熱量小的一般采用自然散熱，而發(fā)熱量大的，一般采用加風(fēng)扇強(qiáng)制散熱。

3）通過鋁合金型材散熱片或金屬外殼本身來散熱，以提高熱輻射的效率。材料表面的黑度及面積越大，散熱的效果就越好。

4.結(jié)語(yǔ)

一個(gè)能滿足用戶需求，有效地保證可制造性、可靠性、可服務(wù)性的電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，必須具有過硬的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格地按照科學(xué)的設(shè)計(jì)程序來開發(fā)。只要這樣，才能夠提升產(chǎn)品的技術(shù)含量與質(zhì)量，縮短開發(fā)進(jìn)度，降低開發(fā)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期。電子通訊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的內(nèi)容比較多、涉及面廣，本文只是提出了一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能給電子通訊等行業(yè)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：倪廣樹（1963—），男，陜西咸陽(yáng)人，大學(xué)本科，資深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，主要從事機(jī)械電子結(jié)構(gòu)方面的研究與開發(fā)。