弹载遥测产品结构“三化”设计

王杨 冯彤 王晓飞 王悦

（北京航天长征飞行器研究所，北京，100076）

弹载遥测产品结构的“三化”设计，是在对遥测产品进行功能划分的基础上，对产品结构进行模块化设计，再根据产品性能要求，应用不同系列结构模块组合成完整产品结构的设计方法。模块化是“现代标准化”的核心和前沿，是标准化原理在信息时代应用上的发展[1]。在弹载遥测产品“三化”设计过程中，各功能模块的性能和相互联系要通过模块结构设计得以体现，因此结构模块结构通用化、系列化、组合化设计方法的研究和应用，是弹载遥测产品实现“三化”设计的重要组成部分。

1 弹载遥测产品分类和特点

1.1 弹载遥测产品分类

弹载遥测产品从功能上可以分为：中间装置系列、二次电源系列、采编器系列、接口控制器系列、配电器系列等。弹载遥测产品从结构形式上可以分为：整体框架式、板组合式、特殊型（如：筒型），如图1 所示。

图1 弹载遥测产品结构形式

1.2 弹载遥测产品的功能和结构设计特点

传统弹载遥测产品的功能，根据各型号的具体要求进行设计，针对性很强，不具有通用性。一种设备仅供某型号系统使用，功能要求稍有变化就需要重新进行电路和结构设计。各类弹载设备的印制板外形尺寸各有不同，但各种印制板外形尺寸相差不大。印制板安装方式主要使用螺钉紧固在结构零件上。弹载设备对外接口形式基本相同，大部分使用矩形接插件，接插件安装在结构面板零件上。为满足系统安装性能要求和强度设计要求，弹载遥测产品结构大部份采用小型化设计。

2 弹载遥测产品模块化结构设计可行性分析

2.1 弹载遥测产品模块化设计方法的优势

模块化设计方法具有以下优势：①模块化设计将复杂的工程产品分解成层次合理的、相对简单的、通用化、系列化单元模块，并用这些模块组合成各种不同产品。②模块化设计使零部件具有了通用性，可避免重复性设计工作，减轻了设计者的劳动量，提高了设计效率，缩短了设计周期，降低了生产成本。③对于故障模块，模块化设计可以实现快速更换，提高了设备故障诊断效率和设备的可维修性能。④相同和相近的结构设计形式也使产品的可靠性大幅提高。

2.2 弹载遥测产品模块化结构设计方法可行性

通过对传统弹载遥测产品功能和结构形式的分类分析，发现有以下特点。

a）虽然弹载遥测产品设计种类多，个体结构样式多，但是系列产品的结构外形尺寸相差不大，有整合划分单元模块的基础。

b）各类弹载遥测产品的印制板外形尺寸相近并可协调，对外接口形式相似，有利于模块结构进行互换和组合。

c）弹载遥测产品现有的整体框架式结构与模块结构有相同点，产品试验数据可以借鉴。

因此，针对弹载遥测产品功能和结构设计特点的现状，为适应型号研制需求，模块化结构设计方法具备在弹载遥测产品结构设计中进行研究和应用的可行性。

3 弹载遥测产品结构“三化”设计方法

产品模块设计方法主要包括模块划分、模块创建和模块组合3 个过程[2]。弹载遥测产品模块化结构设计是以设备功能划分为基础，通过创建通用基形模块结构和系列模块结构，再将各模块结构互联组合，实现遥测产品结构“三化”设计。

3.1 遥测产品模块功能划分

弹载遥测产品模块式结构设计的基础是将设备的电路功能，按系统要求划分成模块部件。

3.2 基型模块结构通用化设计

基型通用模块结构应满足所有遥测产品模块部件的基本要求，如：满足所有分类模块要求的印制线路板尺寸、印制线路板安装方式、模块对外接口形式、模块的安装组合方式等，并以集中的最佳结构元素形成基型模块结构的原形。

a）在通过“三化”项目评审的中间装置系列中，隔离电压触点变换模块的结构，是根据模块化设计要求、设备环境适应性要求、结构优化技术进行的模块化结构设计，可以作为弹载遥测产品基型模块结构。基型模块由铝合金整体切削而成，结构如图2 所示，包括：面板部分、导轨部分、安装框架部分。面板部分的宽度和高度尺寸适合单个的矩形接插件尺寸，面板上可加工接插件安装孔，面板四角设计固定面板的螺钉孔。导轨部分分为两条，在框架上下各有一条，分别设计两个紧固螺钉孔，起到对模块结构的定位和固定作用。印制线路板可通过螺钉固定在安装框架一侧的凸台上。

图2 基型模块结构

b）作为弹载设备基型模块结构，安装的印制线路板的尺寸大小为各功能模块部件印制线路板标准尺寸。基型模块结构安装框架部分适合安装单块印制线路板，面板部分可以安装1 至2 个矩形接插件。图3 所示为安装基型模块结构的功能模块。

图3 安装基型模块结构的功能模块

3.3 弹载遥测产品系列模块结构设计

经过对各功能单元模块的分析，在基型模块结构面板高度尺寸不变的基础上，根据各功能模块的要求，对框架进行互联结构设计，采用改变面板宽度尺寸，增加导轨数量等方法，进行系列模块结构设计[3]。

a）A 系列模块结构：在基型模块结构基础上，面板宽度尺寸和高度尺寸不变，框架长度方向根据需要安装的印制线路板尺寸确定，对与总线母板有连接关系的模块组件在框架结构部分做互联结构设计。一种采用互联结构的A 系列模块结构如图4 所示。图5 所示为安装了A 系列模块结构的功能模块。

图4 A 系列模块结构

图5 安装A 系列模块结构的功能模块

b）B 系列模块结构：在基型模块结构基础上，面板高度尺寸不变，框架长度方向根据需要安装的印制线路板尺寸确定，对与总线母板有连接关系的模块组件在框架结构部分做互联结构设计。为适应单一印制线路板模块组件多接插件安装需求，增加面板宽度为基型模块结构面板尺寸的1.5 倍，如图6 所示。图7 所示为安装B 系列模块结构的功能模块。

图6 B 系列模块结构

图7 安装B 系列模块结构的功能模块

c）C 系列模块：在基型模块结构基础上，面板高度尺寸不变，框架长度方向根据需要安装的印制线路板尺寸确定，面板宽度尺寸、结构体积和导轨数量均为基型模块的2 倍。对与总线母板有连接关系的模块组件在框架结构部分做互联结构设计，可以安装2 块相联的印制线路板或有散热要求的电子元器件。C 系列模块结构如图8 所示。图9 所示为安装C 系列模块结构的功能模块。

图8 C 系列模块结构

图9 安装C 系列模块结构的功能模块

A、B、C 系列模块结构设计，基本上满足了弹载遥测产品各类功能模块部件的安装需求，实现了模块结构在弹载遥测产品中的通用化应用。

3.4 结构模块组合设计应用

模块化设计的目的是使用尽可能少的品种和规格的结构模块,组装成尽可能多的种类和规格的产品部件,以满足多样化产品的需求。结构模块化组合设计是根据设备的具体功能要求，选择不同系列、类型的结构模块安装成模块部件，再通过插入适合结构模块的接入装置结构，最终形成产品的过程[4]。

安装结构模块的接入装置结构，是根据产品选用的模块结构类型、长度系列和数量进行设计的。在铝合金材料上，根据产品选用安装的结构模块，设计加工插槽，并与能够安装总线元件安装板的盖板连接，完成接入装置设计。

在近几年设计过程中，多种遥测组合、弹载电源、接口控制器、采编器等遥测弹载设备，通过对设备功能作合理规划，将不同功能的印制线路板安装在A、B、C 三类模块化结构上，再组合安装到各系列接入装置中，并通过总线印制线路板等连接方式实现弹载遥测产品的组合化设计。部分弹载设备模块化结构组合设计过程见表1。

表1 模块化结构组合设计过程

弹载遥测产品结构组合化、系列化、通用化的“三化”设计使产品功能模块部件的安装结构具有了通用性，避免重复性结构设计工作，提高了设计效率，可以适应各型号不同的使用要求。对于故障模块可以实现快速更换，便于设备维修与调试。应用系列模块进行组合的产品结构设计，可以缩短研制周期，提高产品设计的质量和可靠性，使结构设计更规范和高效。