彈載遙測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)“三化”設(shè)計

王楊 馮彤 王曉飛 王悅

（北京航天長征飛行器研究所，北京，100076）

彈載遙測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的“三化”設(shè)計，是在對遙測產(chǎn)品進行功能劃分的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進行模塊化設(shè)計，再根據(jù)產(chǎn)品性能要求，應(yīng)用不同系列結(jié)構(gòu)模塊組合成完整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。模塊化是“現(xiàn)代標(biāo)準化”的核心和前沿，是標(biāo)準化原理在信息時代應(yīng)用上的發(fā)展[1]。在彈載遙測產(chǎn)品“三化”設(shè)計過程中，各功能模塊的性能和相互聯(lián)系要通過模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計得以體現(xiàn)，因此結(jié)構(gòu)模塊結(jié)構(gòu)通用化、系列化、組合化設(shè)計方法的研究和應(yīng)用，是彈載遙測產(chǎn)品實現(xiàn)“三化”設(shè)計的重要組成部分。

1 彈載遙測產(chǎn)品分類和特點

1.1 彈載遙測產(chǎn)品分類

彈載遙測產(chǎn)品從功能上可以分為：中間裝置系列、二次電源系列、采編器系列、接口控制器系列、配電器系列等。彈載遙測產(chǎn)品從結(jié)構(gòu)形式上可以分為：整體框架式、板組合式、特殊型（如：筒型），如圖1 所示。

圖1 彈載遙測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形式

1.2 彈載遙測產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計特點

傳統(tǒng)彈載遙測產(chǎn)品的功能，根據(jù)各型號的具體要求進行設(shè)計，針對性很強，不具有通用性。一種設(shè)備僅供某型號系統(tǒng)使用，功能要求稍有變化就需要重新進行電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計。各類彈載設(shè)備的印制板外形尺寸各有不同，但各種印制板外形尺寸相差不大。印制板安裝方式主要使用螺釘緊固在結(jié)構(gòu)零件上。彈載設(shè)備對外接口形式基本相同，大部分使用矩形接插件，接插件安裝在結(jié)構(gòu)面板零件上。為滿足系統(tǒng)安裝性能要求和強度設(shè)計要求，彈載遙測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)大部份采用小型化設(shè)計。

2 彈載遙測產(chǎn)品模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計可行性分析

2.1 彈載遙測產(chǎn)品模塊化設(shè)計方法的優(yōu)勢

模塊化設(shè)計方法具有以下優(yōu)勢：①模塊化設(shè)計將復(fù)雜的工程產(chǎn)品分解成層次合理的、相對簡單的、通用化、系列化單元模塊，并用這些模塊組合成各種不同產(chǎn)品。②模塊化設(shè)計使零部件具有了通用性，可避免重復(fù)性設(shè)計工作，減輕了設(shè)計者的勞動量，提高了設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期，降低了生產(chǎn)成本。③對于故障模塊，模塊化設(shè)計可以實現(xiàn)快速更換，提高了設(shè)備故障診斷效率和設(shè)備的可維修性能。④相同和相近的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式也使產(chǎn)品的可靠性大幅提高。

2.2 彈載遙測產(chǎn)品模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法可行性

通過對傳統(tǒng)彈載遙測產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)形式的分類分析，發(fā)現(xiàn)有以下特點。

a）雖然彈載遙測產(chǎn)品設(shè)計種類多，個體結(jié)構(gòu)樣式多，但是系列產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)外形尺寸相差不大，有整合劃分單元模塊的基礎(chǔ)。

b）各類彈載遙測產(chǎn)品的印制板外形尺寸相近并可協(xié)調(diào)，對外接口形式相似，有利于模塊結(jié)構(gòu)進行互換和組合。

c）彈載遙測產(chǎn)品現(xiàn)有的整體框架式結(jié)構(gòu)與模塊結(jié)構(gòu)有相同點，產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)可以借鑒。

因此，針對彈載遙測產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計特點的現(xiàn)狀，為適應(yīng)型號研制需求，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法具備在彈載遙測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計中進行研究和應(yīng)用的可行性。

3 彈載遙測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)“三化”設(shè)計方法

產(chǎn)品模塊設(shè)計方法主要包括模塊劃分、模塊創(chuàng)建和模塊組合3 個過程[2]。彈載遙測產(chǎn)品模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計是以設(shè)備功能劃分為基礎(chǔ)，通過創(chuàng)建通用基形模塊結(jié)構(gòu)和系列模塊結(jié)構(gòu)，再將各模塊結(jié)構(gòu)互聯(lián)組合，實現(xiàn)遙測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)“三化”設(shè)計。

3.1 遙測產(chǎn)品模塊功能劃分

彈載遙測產(chǎn)品模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)是將設(shè)備的電路功能，按系統(tǒng)要求劃分成模塊部件。

3.2 基型模塊結(jié)構(gòu)通用化設(shè)計

基型通用模塊結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足所有遙測產(chǎn)品模塊部件的基本要求，如：滿足所有分類模塊要求的印制線路板尺寸、印制線路板安裝方式、模塊對外接口形式、模塊的安裝組合方式等，并以集中的最佳結(jié)構(gòu)元素形成基型模塊結(jié)構(gòu)的原形。

a）在通過“三化”項目評審的中間裝置系列中，隔離電壓觸點變換模塊的結(jié)構(gòu)，是根據(jù)模塊化設(shè)計要求、設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求、結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)進行的模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以作為彈載遙測產(chǎn)品基型模塊結(jié)構(gòu)?；湍K由鋁合金整體切削而成，結(jié)構(gòu)如圖2 所示，包括：面板部分、導(dǎo)軌部分、安裝框架部分。面板部分的寬度和高度尺寸適合單個的矩形接插件尺寸，面板上可加工接插件安裝孔，面板四角設(shè)計固定面板的螺釘孔。導(dǎo)軌部分分為兩條，在框架上下各有一條，分別設(shè)計兩個緊固螺釘孔，起到對模塊結(jié)構(gòu)的定位和固定作用。印制線路板可通過螺釘固定在安裝框架一側(cè)的凸臺上。

圖2 基型模塊結(jié)構(gòu)

b）作為彈載設(shè)備基型模塊結(jié)構(gòu)，安裝的印制線路板的尺寸大小為各功能模塊部件印制線路板標(biāo)準尺寸?；湍K結(jié)構(gòu)安裝框架部分適合安裝單塊印制線路板，面板部分可以安裝1 至2 個矩形接插件。圖3 所示為安裝基型模塊結(jié)構(gòu)的功能模塊。

圖3 安裝基型模塊結(jié)構(gòu)的功能模塊

3.3 彈載遙測產(chǎn)品系列模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計

經(jīng)過對各功能單元模塊的分析，在基型模塊結(jié)構(gòu)面板高度尺寸不變的基礎(chǔ)上，根據(jù)各功能模塊的要求，對框架進行互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用改變面板寬度尺寸，增加導(dǎo)軌數(shù)量等方法，進行系列模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計[3]。

a）A 系列模塊結(jié)構(gòu)：在基型模塊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，面板寬度尺寸和高度尺寸不變，框架長度方向根據(jù)需要安裝的印制線路板尺寸確定，對與總線母板有連接關(guān)系的模塊組件在框架結(jié)構(gòu)部分做互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計。一種采用互聯(lián)結(jié)構(gòu)的A 系列模塊結(jié)構(gòu)如圖4 所示。圖5 所示為安裝了A 系列模塊結(jié)構(gòu)的功能模塊。

圖4 A 系列模塊結(jié)構(gòu)

圖5 安裝A 系列模塊結(jié)構(gòu)的功能模塊

b）B 系列模塊結(jié)構(gòu)：在基型模塊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，面板高度尺寸不變，框架長度方向根據(jù)需要安裝的印制線路板尺寸確定，對與總線母板有連接關(guān)系的模塊組件在框架結(jié)構(gòu)部分做互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計。為適應(yīng)單一印制線路板模塊組件多接插件安裝需求，增加面板寬度為基型模塊結(jié)構(gòu)面板尺寸的1.5 倍，如圖6 所示。圖7 所示為安裝B 系列模塊結(jié)構(gòu)的功能模塊。

圖6 B 系列模塊結(jié)構(gòu)

圖7 安裝B 系列模塊結(jié)構(gòu)的功能模塊

c）C 系列模塊：在基型模塊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，面板高度尺寸不變，框架長度方向根據(jù)需要安裝的印制線路板尺寸確定，面板寬度尺寸、結(jié)構(gòu)體積和導(dǎo)軌數(shù)量均為基型模塊的2 倍。對與總線母板有連接關(guān)系的模塊組件在框架結(jié)構(gòu)部分做互聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以安裝2 塊相聯(lián)的印制線路板或有散熱要求的電子元器件。C 系列模塊結(jié)構(gòu)如圖8 所示。圖9 所示為安裝C 系列模塊結(jié)構(gòu)的功能模塊。

圖8 C 系列模塊結(jié)構(gòu)

圖9 安裝C 系列模塊結(jié)構(gòu)的功能模塊

A、B、C 系列模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計，基本上滿足了彈載遙測產(chǎn)品各類功能模塊部件的安裝需求，實現(xiàn)了模塊結(jié)構(gòu)在彈載遙測產(chǎn)品中的通用化應(yīng)用。

3.4 結(jié)構(gòu)模塊組合設(shè)計應(yīng)用

模塊化設(shè)計的目的是使用盡可能少的品種和規(guī)格的結(jié)構(gòu)模塊,組裝成盡可能多的種類和規(guī)格的產(chǎn)品部件,以滿足多樣化產(chǎn)品的需求。結(jié)構(gòu)模塊化組合設(shè)計是根據(jù)設(shè)備的具體功能要求，選擇不同系列、類型的結(jié)構(gòu)模塊安裝成模塊部件，再通過插入適合結(jié)構(gòu)模塊的接入裝置結(jié)構(gòu)，最終形成產(chǎn)品的過程[4]。

安裝結(jié)構(gòu)模塊的接入裝置結(jié)構(gòu)，是根據(jù)產(chǎn)品選用的模塊結(jié)構(gòu)類型、長度系列和數(shù)量進行設(shè)計的。在鋁合金材料上，根據(jù)產(chǎn)品選用安裝的結(jié)構(gòu)模塊，設(shè)計加工插槽，并與能夠安裝總線元件安裝板的蓋板連接，完成接入裝置設(shè)計。

在近幾年設(shè)計過程中，多種遙測組合、彈載電源、接口控制器、采編器等遙測彈載設(shè)備，通過對設(shè)備功能作合理規(guī)劃，將不同功能的印制線路板安裝在A、B、C 三類模塊化結(jié)構(gòu)上，再組合安裝到各系列接入裝置中，并通過總線印制線路板等連接方式實現(xiàn)彈載遙測產(chǎn)品的組合化設(shè)計。部分彈載設(shè)備模塊化結(jié)構(gòu)組合設(shè)計過程見表1。

表1 模塊化結(jié)構(gòu)組合設(shè)計過程

彈載遙測產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組合化、系列化、通用化的“三化”設(shè)計使產(chǎn)品功能模塊部件的安裝結(jié)構(gòu)具有了通用性，避免重復(fù)性結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，提高了設(shè)計效率，可以適應(yīng)各型號不同的使用要求。對于故障模塊可以實現(xiàn)快速更換，便于設(shè)備維修與調(diào)試。應(yīng)用系列模塊進行組合的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以縮短研制周期，提高產(chǎn)品設(shè)計的質(zhì)量和可靠性，使結(jié)構(gòu)設(shè)計更規(guī)范和高效。