结构设计工程师 纸上谈兵

sander_72

好久没有来灌水了，发点东西，大家捧个人场，共同提高。

20世纪中叶以来，随着电子无线电的技术发展，电子设备结构设计开始引起各个工业国的重视，尤以美国为甚，朝鲜战争初期，美国的军队被挤在半岛南部海边的弹丸之地，很多设备应为EMC、振动、潮湿等环境因素而失去正常的工作能力，未等战争结束在1952年就成立AGREE（国防电子设备可靠性顾问团），以后又陆续制定了很多元器件、设备可靠性的标准，到后来的IEC族标准、fcc、ul等等成为世界各国参照的标准规范。
20世纪中后期，随着固体电路、集成电路、大规模集成电路出现，电子设备开始向小型、微型发展，结构设计中原来的一些敲敲打打，文革中大锤子就可以砸出一辆东风车的年代已经过去了。设计方面越来越和其他学科结合的越来越紧密，如机电结合、热学的结合、光电结合等。随着电子信息技术在中国的发展，在各个领域的渗透，电子设备也成为一项复杂的系统工程，原来的仅靠电路性能来评价一个设备的指标已经落伍，结构设计的重要性在国外早已经和电子、软件等平起平坐，由于国内设备在环境、环保要求落后于世界发达国家，但随着与国际的接轨，结构设计人员的重要性肯定会被社会所认可。
电子设备结构设计内容：
       现在我接触到的工程师，一般都是画画图，做一下局部的设计，各搞一块，如建建模型、转转图档、跟跟模具，缺乏一个设备设计的全局观，系统观，那样永远也不能把自己提升到一个较高的境界。结构设计是包含很多内容的：
    1) 整机设备组装设计，这就是传统意义上的结构设计。根据产品的自身功能条件和环境条件，对整机组装进行系统构思，并对整机下面的局部件既分系统功能单元做出设计要求和规划。主要包含：
a结构单元-机柜、机箱、小的设备机壳或一些插入单元进行结构形式、安装方式、外观造型、人性化考量等设计；
b.传动执行结构设计，如机柜的门、一些控制机箱的信号设置结构处理等
c。环境方面的设计 如整机、组件、元件的温控；防潮、防霉的考量；振动、冲击隔离、屏蔽、接地；插接互联等，一个好的设计工程师往往会在细节上高出别人一凑，而设备在使用中出问题往往也出在细节上面。
d.总体布局-上述各项规划好后，做到心中有底，闭目可以浮现出来整个设备的影子。这样再去更合理的调整各个部件的位置，避掉加工问题、组装问题、电气性能干扰问题、人机问题、外观视觉问题等等
   2）热设计 - 是对电子元件、组件、整机的温升控制 ，尤其是对于高密度组装设备，如campactPCI、ATCA等系列机箱内部单元，密度大 功能板又比较多，尤其要注意热耗的排出。做热设计就要和硬件工程师紧密配合，理出一个器件功耗list，然后在给功能板结构要素图的时候就要考虑器件如何摆放，散热器如何设计、风扇怎么选型、机箱要开多大的孔等等，细节设计在下面详述，现给出热设计的步骤：
a)熟悉掌握有关标准规范, 确定设备 (或元器件) 的散热面积、散热器或周围空气的极值环境温度范围。
b)确定采用自然冷却还是强迫风冷。
c)对少量关键发热元器件进行应力分析, 确定其最高允许温度和功耗, 并对其失效率加以分析。
d)按器件和设备的组装形式, 计算热流密度。
e)由器件内热阻 (查器件手册) 确定其最高表面温度。
f)确定器件表面到散热器或空气的总热阻。
g)根据热流密度等因素对热阻进行分析与分配, 并对此加以评估。
h)确定是否需要改变冷却技术和传热方法。
i)对不同冷却方案估算成本,比较权衡, 同时在热设计中应兼顾可靠性、安全性、维修性、EMC设计。
下给出一个ALCATEL  的单元板事例分析
    3）电磁兼容设计
    电磁兼容即EMC,这部分结构设计如果产品不外销的欧洲的话 还是比较容易设计的，如果仅在国内销售，在设备开孔、接口缝隙、边框搭接互联、屏蔽材料选型等方面注意一下就行了。如果产品要到国际市场上销售，设计时就要慎重了。到美国主要做FCC、NEBS，欧洲要做CE标准执行。等你的设备做EMC测试时，如果Class A就是过不去，再翻过来去分析设计原因时，那是一件非常闹心和痛苦的事情。
  设计时首先要考虑：
产品结构设计上的电磁屏蔽应采用的方法；
内部地线安排的方式，与外部的地线连接的方式；
确定机器内是否有保护地以及走线方式；
确定产品的外连接信号线和电源的进线；
应承受的雷击浪涌、脉冲串等干扰的措施；
电源进线的是否应滤波；
其它的如传导干扰等线路上EMC问题的设计；
确定对静电的防护在单板和单元等各级必须满足的设计要求和方法；
必须考虑防静电插座的位置。
下面章节给出一个华为的实例分析。

   4）传动执行部分设计
主要是对 机动、声、光、电进行传递的装置，这部分设计是结构人员份内的事情，也往往是这部分专利最多，设计起来要花费很多的精力，甚至是很多人集体的智慧。机械类的传动装置、声筒、导光柱等都属于这方面的范畴。因大家都熟悉，这个部分一带而过。

  5）安全性设计
分析产品可能发生的危险的严重性等级和可能性等级，进行系统危险分析。
对产品的电气危险设计，确定产品中绝缘、隔离和接地要求，应采取的办法，进行FMECA并提出控制方法。
进行产品的机械危险设计，考虑到包括机器的重心、稳定性，使用、安装和装卸中是否有卡、挤、轧或撞击，以及防爆等问题，对上述问题的措施。
危险性标志的设计，故障指示灯、安全警示标志、按钮、导线颜色等，有操作顺序要求的应有操作顺序的设计方法。
确定在错误操作后，有不会引起故障或者III级以上危险的故障。
  6) 防错设计
确定产品的单板或单元在结构上是否会混淆，如插错是否有危险，确定结构和电气上应采取的防范措施，以及防错的安装标志等。
对有信息显示的产品确定采用何种显示，确定显示的数据或其它信息如果有误，其它的纠正信息应能在操作能很直观地得到。
7）维修性设计
根据产品的维修性要求，确定单元、单板的维修方式和所需的维修复杂程度，包括单元的安装方法设计，可达性设计、标准化设计等，以达到最低的维修时间和费用。

[ 本帖最后由 sander_72 于 2006-10-19 16:09 编辑 ]

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