军工电子产品的可生产性设计研究

赵洪军

摘 要：随着芯片技术和电子制造技术的发展，电子信息设备向着高性能、高集成度和高可靠性方向发展。用户对电子产品的质量和可靠性要求越来越高，对军品特别是航天航空领域的电子产品，产品高质量和高可靠性被放在了首要的位置。为了使产品在符合必须的质量和性能要求前提下，按规定的产量，以最少的费用，最短的时间制造出来，这就需要我们在产品的研发阶段，就要开展产品的可生产性设计工作。

1、前言

在未来军民融合的大背景下，很多军工企业多种类、小批量、作坊式的传统生产方式必然无法很好地满足用户对产品交付周期和产品质量的要求。为了提高产品的竞争力和满足客户需求，军工企业必须重视产品的可生产性设计。

2、可生产性设计要求

产品的可生产性涵盖的范围较广，在概念上要包含并远远大于产品的工艺性。从生产过程角度来看，产品的可生产性涵盖生产图纸/文档的齐套性、物料的可采购性、DFM、DFA、可测试性、可维修性、可靠性、产品验收和产品包装等；从产品设计角度来看，产品的可生产性涵盖了硬件电路设计（如器件选型、模块化设计等）、PCBA设计、软件设计、结构设计、工艺设计、检验方法和试验大纲、包装设计等。下面从硬件电路设计、PCBA设计、软件设计、结构设计、工艺设计、产品检验等几个方面对可生产性要求进行简要的阐述。

2.1硬件电路设计要求

硬件电路设计时要充分考虑电路板的可维修性和可测试性、元器件的可采购性，尽量采用模块化设计和电路复用设计，做好器件选型。主要考虑以下要求：

（1）尽量采用模块化设计。

（2）尽量选用成熟电路，提高电路设计复用率。

（3）要预留检测电路和测试接口。

（4）电路设计要充分考虑元器件误差和设计冗余。

（5）尽量压缩元器件种类和数量。

（6）建立合格供方名录，优选合格供方名录厂家的元器件。

（7）要考虑选用的元器件有无停产或其他原因产生的采购风险，关键和重要元器件要考虑出现供货问题时的替代方案。

2.2PCBA设计要求

PCBA设计时在满足电气互联性能（不合格与合格产品对比如下图）的前提下还要考虑电路板的可制造性、可装配性和可维修性，主要考虑以下要求：

（1）同一功能电路模块的元器件尽量集中摆放。

（2）元器件分布尽可能均匀，元器件之间要保持合适的距离，且不能过于靠近印制板边缘。

（3）同类元器件尽可能按相同方向排列。

（4）需要手工焊接或维修的元器件，其引脚周围应留出可以用电烙铁手工焊接的空间，一般引脚一侧应至少留出2mm的空白区域，同时旁边不能有较高的元器件。

（5）在PCB空间允许的情况下元器件封装原则上选大不选小。

（6）安装孔边缘5mm范围内为高应力区，不允许布放元器件，并注意防止出现螺栓金属垫片损坏印制板绿漆导致短路的情况出现。

（7）PCB尺寸尽量满足贴片机焊接要求，能采用拼板方式的尽量采用拼板方式。

（8）贴装元器件距印制板边缘小于5.0mm（根据生产线情况可以不同）时，必须在PCB的两条长边上设计宽度大于等于5.0mm工艺边。

2.3软件设计要求

软件设计要考虑产品生产过程的检测和调试，要便于软件烧制、维护和产品测试，主要考虑以下要求：

（1）软件烧制和升级方法要简便易行，适合批量复制和操作。

（2）软件要有明确、唯一的版本标识，便于软件版本的管理控制和维护。

（3）预留必要的软件函数接口，便于产品检测和维修。

（4）简化配置操作和测试命令，提高测试效率。

（5）要提供程序运行状态标识。

（6）用于生产的软件版本要关闭调试接口信息打印。

2.4结构设计要求

结构设计要考虑产品的可制造性、可装配性和可维修性，避免元器件、结构件、线缆等之间存在干涉，降低产品制造和装配难度，主要考虑以上要求：

（1）充分考虑每个元器件和结构件的三维空间，避免任何不同部件之間存在空间上的干涉。

（2）结构设计在兼顾美观的基础上越简单越好。

（3）尽量选用标准和通用的结构件。

（4）尽量减少结构件、紧固件的种类和数量。

（5）尽量减少结构件的凸台和凹槽的设计，减少异型结构设计。

（6）要充分考虑结构件的公差，结构上留有余量。

（7）要留用装配人员和工具操作空间。

（8）要避免装配后电路板或结构件承受较大地应力导致变形。

（9）设备内部电路板卡要便于拆卸和安装。

2.5工艺设计要求工艺设计要考虑产品的可制造性和可装配性，电子产品工艺包括焊接工艺、三防工艺、装配工艺、机加工艺、压铸工艺等等。这里从焊接、三防、装配工艺方面提出以下要求：（1）工艺设计要结合企业实际生产条件和工艺水平（设备、厂房、环境、人员技能等）。（2）电装图纸上工艺技术要求必须详细、具有可操作性。（3）编制工艺规程（工艺卡、作业指导书）。（4）工艺参数（如焊接温度、焊接时间）必须在充分了解器件要求的前提下确定。（5）设计合理的工艺流程，工艺设计上要尽量提高生产装配效率。（6）合理安排装配工序，上一道装配工序必须不能影响下一道装配工序执行。（7）感觉明显不牢固，在振动试验时可能存在故障隐患的元器件如果需要点胶加固，要在电装图纸中明确技术要求。（8）整机内部线缆布线在不影响电性能的基础上，尽量整洁、美观，不能杂乱无章，尽量短，但不能产生拉扯张力。

2.6产品检验

产品检验包括产品生产过程中的测试（检测）和产品交付时的验收，需要满足以下要求：

（1）产品转产必须提供的完备的用于生产的设计文件。

（2）产品转产要向生产部门提供必要的测试工装、试验夹具等。

（3）必須提供符合企业要求的具有可操作性的产品调试说明书和产品验收规范。

（4）产品检验、验收方法在满足总体单位和用户要求的前提下要充分考虑生产需求，特别是大批量生产需求。

（5）产品检验使用的仪器、工具必须提出明确的要求和说明，尽量选择标准和通用的仪器设备。

3、可生产性设计开展方法

作为企业，要组织人员制定合适本企业情况的可生产性设计规范和可生产性工作开展相关指导类文件，成立可生产性评审组织，配备专职的可生产性工程师。在产品方案设计阶段，产品软硬件设计人员、结构设计人员、工艺设计人员等在开展设计工作时要遵守企业可生产性设计规范，充分考虑产品的可生产性；产品项目组要和结构设计人员、工艺设计人员等进行全面、细致地沟通交流，对产品的可生产性进行分析、评价，组织产品研发人员、结构设计、PCB设计人员、产品工艺人员、物资采购等开展可生产性评审。

在产品样机试验阶段，要组织产品研发人员、结构设计、PCB设计人员、产品工艺人员、物资采购等按可生产性审查表进行审查，并梳理统计样机阶段的各类可生产性问题，分析讨论闭环措施并完成设计及生产图纸更改。在产品转入批生产初始阶段，部分产品潜在的问题会由于产品量的增加而得到暴露，因此项目组要主动对产品批生产阶段，特别是首批生产的问题进行跟踪了解，对产品出现的质量问题进行失效分析，能从设计上解决的问题尽量在设计上解决，最大限度地避免使问题流入到用户使用阶段。

4、结束语

开展产品可生产性设计工作，可以极大地提高产品的生产效率，缩短生产周期，减低生产成本，同时可以提高产品质量。在军民融合的大背景下，军工企业会面临前所未有的竞争压力，建立可生产性设计规范和工作体系迫在眉睫，必须本着精益求精的心态和思路做产品，提高产品的竞争力，才能迎接挑战、把握机遇。

参考文献

[1]顾雷，方向忠.DFX技术与电子产品设计[J].电子产品世界，2004，（10）：99-102.

[2]张旭.DFMA技术在航空工业中的应用[J].航空制造技术，2012，（6）：26-29.