电子产品的结构设计范文

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中图分类号：TH156文献标识码：A文章编号：1672-545X（2015）11-0258-02

作者简介：郑海航（1987-），男，广东汕尾人，学士，准备评中级机械工程师，研究方向：产品结构开发

电子产品的功效不仅需要通过原理性设计来实现，同样也需要进行电子产品结构设计优化来实现。电子产品的结构性设计与原理性设计相辅相成、不可分割，在电子产品设计时要综合考虑。但是一些电子产品设计人员在产品设计时只侧重于功能性原理设计，忽略了结构性设计。在对电子产品结构设计时要充分考虑到电子产品的功能，综合考虑电子产品生产和维修、产品设计零件材料、产品功效实现、产品用户使用、产品使用寿命、产品经济效益等影响因素。

1电子产品结构设计的要求与原则

1.1电子产品的结构设计要求

电子产品结构设计的要求一般体现在以下几个方面：第一是功能要求，电子产品作为一种商品，要在结构设计中体现自身的使用价值；第二是产品质量要求，产品美观、实用、环保等质量要求决定了产品的价值，有助于实现电子企业的经济效益；第三是产品结构优化，电子产品结构设计涉及到工艺、材料、联接方式、形状、位置、尺寸等结构设计元素，找到结构优化的最佳方案；第四实现结构设计创新，现代电子产品与信息技术同步发展，在高速发展的现代社会，电子产品更新升级速度相当的快速，所以在对电子产品结构设计时要运用创造性思维，运用最先进的电子技术和设备，实现电子产品的盈利。

1.2电子产品结构设计的基本原则

第一，实现各个部件的预期功能的原则，立足结构设计的整体，协调各个结构之间的关系，简化电子产品结构，实现一个结构多种功能；第二，遵循强度与刚度的要求，通过结构设计、减小应力集中、改善受力情况来增加强度，对外壳材料进行综合的检测，满足所需要的强度和刚度；第三，满足制造工艺和装配要求的原则，在结构设计中，要简化电子产品零部件的配置、提升产品装配性能、合理划分装配单元等来实现零部件的合理安装；第四，满足用户审美的原则，电子产品不仅要有实用功能，更不可以忽视电子产品的外在美感[1]。

2结构设计阶段应考虑的主要因素

2.1产品的生产和维修方面的因素

做好电子产品结构设计生产和维修环节，笔者建议从以下几个方面做起：一是增强元器件布局的安全性、高效性、方便性。做到电路清晰识别，避免波峰焊出现隐蔽效应。产品的生产是做好电子产品的基础，因此在产品生产阶段就应当做好结构设计，设计好的产品才能投入生产中。电子产品的设计一定要结合其实用性考虑，将实用性纳入到电子产品结构设计工作中，做到产品的美观设计和实用设计相结合。其次，注重组件部件的连接。组件部件的连接要综合考虑连接线的方式和种类，其对组装效率和产品检修有很大的影响，一般来讲，排线连接生产效率要高，插拔连接较方便，同时，在维修方面的设计也非常重要，电子产品要做到维修便捷，因此在维修方面的设计要易于打开相应设备，维修的线路和主板能够直观地被维修人员看到，及时检查故障点，快速维护产品性能。产品生产和维修是结构设计阶段应当考虑的首要因素。

2.2产品设计零件材料方面的的因素

对产品设计零件材料的选择，也将极大的影响到电子产品设计的效果。在零件材料的选择上，要考虑零件材料是否环保、可回收再利用、安全等因素。在对电子产品设计零件材料的选择上，要选择信誉较好、价格较合适的厂家，不能贪图低价的便宜，缩减生产成本，采购前要选定产品设计所需要的材料，采购时尽量选择材料优质，价格合适的厂家，采购来的零件材料要送到相关的检测部门，经过一系列的检测程序后，安全合格后方可投入到正式的电子产品设计环节中；电子产品的种类不断增多，电子产品的使用人群增多，电子产品的普及产生了较多的电子污染，对土地资源、水资源等都造成了不可修复性的威胁。可是相关电子技术设计人员却忽视了对电子产品的后期处理，造成许多电子产品在被使用后没有得到科学的处理方法，电子设计人员要牢牢树立环保意识，要实现电子产品设计各个环节的无污染。另外，还要考虑电子产品的可回收利用。

2.3产品功效实现方面的因素

电子产品的功效能否实现很大程度上取决于产品内部布局的合理性，因此要想实现电子产品预先设计的功能，就必须要考虑元器件布局、电路板布线、组件部件布局、以及三者之间的相互影响。在元器件布局上要克服电路之间相互干扰的问题，考虑电路板承重限度，避免过重导致电路板的变形甚至是断裂，对于怕热的元器件要远离物源；在电路板布线方面，要考虑公共、高频线路阻抗、信号、接地等因素对信号的影响，避免分布电容对布线带来的干扰；在组件部件布局方面，应该考虑到与相关因素的地理位置距离。

2.4产品在用户使用方面的因素

电子产品设计是为了服务广大用户，因此，要考虑到用户使用方面的因素。电子产品贴近人们生活，所以务必要保证其安全性，完善安全保护接地措施，安装电子安全设备，比如安全接地、防雷接地等，消除触电的隐患；杜绝外界因素对电子产品机械零部件损害，延长电子产品机械零部件的寿命；电子产品对外辐射较大，久而久之，对设计人员、用户等都形成了无形的生命威胁；对电子产品结构的设计要有可靠的防过热高温、防火、防爆措施；同时，不可忽视对电子产品运输、存储时的安全，防止引起意外爆炸。

2.5产品使用寿命方面的因素

产品的结构好坏，对产品使用寿命有着很大的影响。综合考虑散热、热保护、热机械固定、太阳辐射等温度对产品使用寿命的影响因素，及时为元器件散热，对功率性发热的元器件实施热保护，避免长时间的太阳直射，保护元器件，避免电子产品的过早报废，延长产品使用寿命；保证电气连接、机械连接的可靠，进行防振动设计，防止连接松动和噪音产生；在结构设计时既要避免内部电路的误操作，又要避免外部电路的误操作，避免误操作对元器件的损害。避免印制线路由于电路板变形过量而断裂，提高产品的耐用性，提高产品的使用性能[2]。

3结束语

实现电子产品结构设计需要综合考虑很多因素，只要电子设计人员准确把握电子产品结构设计的影响因素，才能实现电子产品的预期功效，使电子产品更加符合人们的需求，满足人们日益增长的使用需要，使电子企业在激烈的市场竞争中处于不败之地，获得长足发展。

参考文献：

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空调可以调节夏季的高温，可以驱赶冬天的寒冷，让人们可以随着自己的心愿任意地调节自己喜欢的温度，使人们的生活和工作的环境更加的舒适。随着人们环境保护意识的增强，空调设备在结构设计中也做了很大的调整，空调生产厂家为了迎合市场经济的发展，研发出更加节能、环保类型的新型产品。对空调的内部结构进行了更好的技术改进，达到提高空调的性能，降低了能源的消耗，提高了能源的高效利用率，推动空调产业的向前发展。

1 优化空调性能的优点

现在的空调与电脑、电视、洗衣机、冰箱一样是人们日常生活中，家用电器的重要组成部分，其中空调的消耗能量是最高的，对人们的生活环境影响也最大。在空调的生产过程中，使用了非金属元素氟，非金属元素氟可以对大气外层的臭氧层进行破坏作用，臭氧层具有隔离太阳紫外线的功能，保护地球生物不被紫外线直接照射；一旦臭氧层出现空洞，紫外线就会通过空洞直接进入到地球表面，给地球生物造成重大的伤害。例如：紫外线直接照射到地表或是人体上，可以产生强烈的辐射，导致海洋生物的死亡或是灭绝，使农作物大量的减产，使人们的皮肤出现红肿、皱纹、色素沉积等问题。空调使用的数量越多，产生的氟元素就会越多，破坏臭氧层的几率就越大，对人体造成的伤害就越强。

空调的运转是由电能带动的，电能是由煤炭资源经过燃烧释放出的热能，或是由石油、天然气等不可再生资源的消耗产生的热能带动。如果有一天这些不可再生资源消耗完了，人类生存的环境将不可想象。因此，只有优化空调的性能，改善空调的内部结构，加强空调的能源使用效率，生产出符合社会经济发展的新型产品，才是节约能源的最好做法。

2 优化空调的各个组成部分

2.1 空调换热器的优化

换热器是空调的重要组成部分之一，要想提升空调的能源利用率，改变空调的内部结构，首先，就要优化空调的换热器。空调的重要组成部分中包括换热器和压缩机，它们是空调消耗能源最大的组成部分，要想优化空调的结果设计，就要先将空调的换热器更换成比当前使用更大的。更大的换热器可以促进空调更好的调节环境的温度，降低空调的能源消耗。当然，优化换热器的同时，还要兼顾生产成本的考虑，既要选择最适合的换热器，优化空调的结构设计，又要提高空调的使用性能。

2.2 空调压缩机的优化

空调的压缩机比换热器的重要性更高，属于是空调结构的核心技术，压缩机的性能决定了空调的使用性能，优化空调的压缩机是提高空调节能的最佳途径。空调的压缩机大多数采用的旋转式压缩机，这种压缩机的制冷量与空调的整体制冷量不同，当压缩机的制冷量过高时，就会增加空调的耗能，降低了空调的性能；当压缩机的制冷量过低时，就会损失制冷的数量，使空调的整体制冷量降低，起不到空调节能的效果。因此说，压缩机的能效决定了空调的能效，是空调能效的重要参考数值，能效高的比能效低的更加节能。与换热器一样，优化压缩机要考虑生产的成本控制，推动空调事业的发展。

3 影响空调性能的送风方式

空调的使用是为了更好的改善人们生活和工作的环境，更换室内的空气，保证室内空气的流通和清新，使人们生活在轻松、愉悦的环境之中，提高生活环境的质量。

3.1 置换通风

置换通风是新兴起的一种空调换气方式，他是将新鲜的气流从空调的散热器中释放出来。这些新鲜的气流由于没有受到外界的污染，所以质量比较轻，是从室内的底部上升到室内的顶部，在气流上升的过程中，底部的空气比较新鲜，上面的空气由于杂物比较多，空气的质量不是很好。因此，空调的散热器一般安装在室内的底部，确保空调通风的顺利进行。

3.2 工位送风

工位送风是非常特殊的送风方式，包括设备通风、区域通风、人员的自动调节。工位送风的方式就是将送风的出口安装在人们可以呼吸的位置，通过特殊的管道把送风口与空调的送风设备连接在一起。空调的送风口的位置可以根据人们的需要进行位置的调换，气流的速度、流量、流向、温度的调节，从而提高空调设备的使用性能。工位通风更加适合现代的办公环境，满足不同人对生活环境的要求，更好地发挥空调设备的性能。

3.3 地板送风

地板通风属于混合形通风方式，空气经过处理之后要经过地板下的静压箱，传输到送风散流器，再由送风散流器输送到室内，与室内的空气混合在一起。地板送风将新鲜空气由下至上地在室内进行流通，带走室内的热量和湿气，通过屋顶的排风口排除，保持室内温度和湿度的均衡。地板式的送风方式带有一定的局限性，受到地板高度的限制，送风的数量有限。适合安置在散热设备比较多、人员集中、建筑密集的地方使用，促使空调设备的效果达到最好。

4 结束语

综上所述，空调是人们日常生活和工作必不可少的电器设备，空调的耗能也是众多电器中最大的一个。随着社会经济的不断发展，环保节能越来越受到人们的重视，只有提高空调设备的使用性能，才能推动空调设备市场的向前发展。调节空调设备的结构，优化空调设备的压缩机和换热器，提高空调的使用性能，使空调的性能发挥到最大值。在生产空调时，设计师要了解空调结构设计的重要性，设计出更好、更符合人们需要的空调，切实地改善人民的生活和工作的环境。

参考文献

[1]龙剑秋.空调结构设计对提高产品性能的影响[J].科技经济市场，2014（5）：79-80.

[2]张志明.空调结构设计对提高产品性能的影响[J].科技视界，2015（15）：77.

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电子产品的开发离不开企业这个实体，开发项目管理理念需要结合企业的自身实际情况，如企业的行政组织架构，开发项目团队的组织架构等来制定最适合企业的一套产品开发项目管理流程。本文以图1所示的开发项目团队组织架构框来阐述电子产品开发项目管理流程。产品开发整体流程实际上包含一系列阶段步骤，把一组需求和思想转化为市场上成功产品的流程。本文介绍的电子产品开发项目整体流程框图如图2所示。由图2所述，电子产品开发首先要进行市场调研阶段对产品作出准确的市场定位，项目管理者需要进行产品评估设计阶段仔细分析产品功能指标、性能指标、技术参数、系统规格确定准确的项目开发文档作为产品开发的输入，需要对整体设计进行开发计划的制定，系统规格等进行产品开发目标的确定，同时组织设计开发项目团队成员分配，设计开发人员项目责任分配，制定团队各成员的详细准确的设计参数任务书，设置各个阶段时间节点，进行产品成本、时间的控制目标和措施，生产过程中文件控制的实施，产品标准化制定计划等。随后进行产品设计实施阶段，进行设计评审、开发执行，接着进入制作ES样机阶段制作样机进行测试，测试成功随后进行产品小批量生产阶段进行生产小批量样机测试，产品大批量生产阶段，产品更新维护阶段直至产品全生命周期结束。

2电子产品开发技术的详细流程

2.1硬件设计流程

产品硬件设计流程如图3所示，硬件项目组根据产品的技术定义，准确的系统技术参数规格、功能指标、电气性能指标等，进行硬件电路实现方案的设计工作，方案的设计可以提出几套实现方案，最好能引用原有生产产品上的经典的电路模块从而更有力保证产品的设计的稳定可靠性，项目协调员组织相关责任人进行硬件电路设计的评审，评审的原则是以最低的成本最可靠的方案为原则进行方案选定。选定后由硬件工程师进行原理图的设计，设计完成后需要进行原理图的评审工作，评审合格后再进行PCBlayout设计，在进行PCB设计的同时硬件工程师需要与结构工程师一同协调确定产品的开口，孔位，接口位置等信息进行PCB设计。PCB设计完成后需要进行PCB图的评审，PCB评审成功后再进行BOM表的整理，进行元器件的采购，焊接PCB后与软件设计人员进行硬件单板功能调试工作，与结构设计人员进行装配组装调试，发现问题填写问题报告，反馈协调到具体的相关设计人员进行整改工作。最后输出的原理图、PCB、BOM表等资料归档作为下一阶段产品ES样机资料发放的输入。

2.2软件设计流程

产品软件设计流程图如图4所示，软件项目组软件系统需求分析得出的系统需求说明按软件设计流程进行软件方面的设计工作，设计的方案首先根据具体的硬件设计电路模块进行各个模块的软件设计驱动及测试工作，如发现问题及时反馈给硬件设计人员进行协商修改，如果没问题则提出系统软件框架的设计方案，项目协调员组织相关责任人进行软件方案评审，评审的时候需要仔细根据需求实现的技术细节来核实软件是否能达到相应的技术指标。评审成功后则根据具体的功能实现模块逐个进行软件设计，每个功能模块设计完成后，再进行软件整体模块代码兼容软件集成设计调试工作，调试成功后需要在几套硬件上进行反复的测试，测试完成各方面达到系统要求指标后进行程序整理归档及初次发放版本管理。最后输出的软件说明文件、源程序、烧录程序等作为下一阶段ES样机资料发放的输入。

2.3结构设计流程

根据产品的技术定义，提出的准确的系统参数规格，结构项目组进行结构设计工作，根据产品的外观要求，整体尺寸大小、开孔位置、按键、LED灯、屏的位置、端子开孔、电气要求等，选择合适的壳体，进行结构图纸的绘制，绘制的过程中需要与硬件设计人员一同确定产品的一些细节问题，绘制完成后通过软件模拟，模拟成功项目协调员协调相关责任人进行结构设计方案的评审，评审成功后进行结构图纸的释放进行快速成型制作一套结构结合PCB板、结构开孔、按键、屏、端子等进行组装测试。测试没有问题后进行结构图纸的归档工作，最后输出的结构装配图、部装总装文件等作为下一阶段ES样机资料发放的输入。

2.4产品ES样机流程

产品ES样机流程如图6所示，技术工程部在产品开发设计实施阶段完成了硬件、软件、结构设计之后，将硬件设计的输出、软件设计的输出、结构设计的输出作为产品ES样机的输入文件，相关技术设计工程师完成ES样机的测试、调试、组装、装配工作，同时将遇到的问题记录到样机问题反馈表中，随后进行产品功能测试、产品电气测试、产品整机测试，测试过程中如发现问题及时反馈给相关责任技术设计人员进行修改，如果没问题则将产品设计文件，ES样机反馈问题，功能测试报告，电气测试报告，ES样机整机检验报告等进行归档工作，同时将ES样机进行拍照录像存档工作作为下一阶段小批量生产的输入，完成产品ES样机流程。

2.5产品的小批量生产

产品ES样机阶段结束后，接下来的阶段就是进行产品的小批量生产试制阶段，工艺部门与技术工程部门进行输入输出文件交接工作，工艺部门根据产品ES样机流程阶段的输出得到的各种归档资料作为产品小批量生产的输入。产品小批量生产试制其流程如图7所示。工艺部门独立按计划按流程制作小批量样机，完成后质检部门QC对小批量样机进行整机全检，并公布遇到的所以问题，工艺部门完成解决相关问题无法解决的问题反馈到技术部门相关设计人员解决相关问题，解决完成后公布处理结果，工艺、质检进行协调测试直至一致通过，接着进行修改完善相关资料，最后进行工艺、质检、技术三部门共同认证小批量生产的样机是否合格，合格则完成产品的小批量生产流程。

2.6产品的大批量生产

电子产品经过工艺部门小批量生产后完善了产品的配套的工艺生产指导文件，但是有时在大批量生产会暴露出批量的相同的问题如电子元器件采购出错，芯片批次不同造成性能不同，结构件的加工误差无法组装等等，所以在大批量生产之前除了需要根据工程样机及配套的工程样机文件来指导大批量生产之外，在大批量生产进行头几台生产时仍然需要仔细进行整机制造后进行整机全检，持续修改完善工艺资料后，接着就将完善后的工艺资料正式转为生产指导资料指导流水线进行大批量生产进程。大批量生产的流程图如图8所示。

2.7产品维护阶段

产品开发大批量生产阶段结束后，整个项目并未结束，此后由于客户需求，技术更新，降低成本等因素进行产品修改更新，都会在原产品基础上提出些设计的更新变更方案，这个阶段就是项目产品维护更新阶段，需要对项目设计更新，设计人员修改设计文档，在ES样机上进行测试，测试合格是否正式，正式发放升级通知及更新套件处理等，以及进行产品更新升级批次的管理工作等一系列跟踪直到项目生命周期的结束。其中产品修改更新流程如图9所示。

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[5]IEC：International Electrotechnical Commission.IEC Guide 114. Environmentally conscious design Integrating environmental aspects into design and development of electrotechnical products[OL].May 2005. /document/abstract/RQDZHBAAAAAAAAAA.

[6]McAloone， T and Bey， N. Environmental improvement through product development - a guide[Z].Copenhagen：Techincal University of Denmark， 2009. ISBN 978-87-7052-950-1.

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随着科技进步，对电子产品也提出了更高的要求，可靠性是衡量电子设备质量的一项重要指标。从元器件的角度出发，其可靠性水平决定了整机的可靠程度。而整机的可靠性程度高低又代表产品的质量优劣，同时也反映出设计师得水平。可靠性贯穿于设计、生产和管理之中，如何提高产品可靠性，使其发挥最佳性能，是一个电子产品的核心竞争力，也是用户的最佳使用体检。因此，电子设备的可靠性提升是一个极其重要且具备极大挑战的工作，对未来的经济发展和科技进步起到了至关重要的意义。

1可靠性定义

GJB450中对可靠性的定义是：系统、机械设备或零部件，在规定的工作条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠度在军用标准中也有相关释义，即：在规定的条件和时间内，完成规定功能的概率，它是可靠性水平高低的一个重要指标。

2可靠性指标

可靠性是一个非常重要的产品质量指标，它定性描述显然是不够充分的，必须要进行量化处理，这样才能精准地描述和比较。可靠性的量化描述有两个非常重要的指标是：平均工作时间（MTTF）和平均无故障时间（MTBF）。平均工作时间是指产品在最终失效，或无必要修复时的前面的工作时间或次数，其中包括由于有故障而修复后继续使用的时间或次数。平均无故障时间是指产品从使用开始直到出现故障前得连续工作时间或次数，不包含排除故障后使用的时间或次数。一般来说，电子元器件的平均寿命越长，其产品可靠性越高。但是，可靠性与寿命有关系却又不是同一个概念，不能认为可靠性高，寿命就长，或寿命长其可靠性就肯定高，这都与使用要求有关系。故障率也可以反映可靠性的高低，现实工作中，电子设备的故障率是可以计算获得的。电子元器件的寿命服从指数分布的规律，设备故障率就是通过对内含所有元器件的寿命及失效机理分析计算而来，即设备总故障率入P是元器件工作故障率；入b是元器件基本故障率；πe是环境系数；πq是质量系数；πr是电流额定值系数；πa是应用系数；πs是电压应力系数；πc是配置系数；入Pi是第i中元器件的工作故障率；Ni是第i种元器件数量；n为所用元器件的种类数目；入s为系统总故障率。

3影响可靠性的因素

3.1环境因素

电子元器件在工作中受环境因素影响较大，如：温度、湿度、盐雾、霉菌、气压、海拔高度、大气污染颗粒等都会对电子元器件的正常运行产生影响，使其电气性能下降，甚至损伤元器件，造成故障的发生。

3.2机械性能结构

电子产品的机械结构设计要满足使用工况的要求，强烈的机械振动或冲击，会使设备产生机械结构的损伤变形，甚至导致电子元器件的物理损伤或失效，致使电子产品无法正常运行工作。

3.3电磁环境

环境中的电磁波无处不在，使电子产品在运行中无时无刻不与空间中的电磁干扰信号进行接触。在电磁信号的干扰影响下，电子电路噪声变大，稳定性变差，干扰严重的情况下，可能会导致设备运行故障，甚至安全性也将会受到威胁。

3.4组装工艺

电子产品在生产中组装工艺的不同，使电子元器件的牢固程度、受干扰程度、受环境影响的耐腐蚀程度均有不同的表现，造成的结果是电子产品的质量和可靠性也是参差不齐。因此，选择合理规范的组装工艺是保证产品生产中产品质量和可靠度提升的重要保障。

4提高可靠性的具体措施

（1）确定电子产品的使用工况，确定研发方案、战术技术指标、组装工艺及防护等级等信息。（2）降额设计。将电子元器件的工作应力适度降低，低于规定的额定值，从而降低元器件的基本故障率。电子元器件对电应力和温度应力较为敏感，降额设计是降低基本故障率的常用手段，在最佳降额范围内，采取I级、II级、III级降额等级，可实现可靠性提高和成本控制的最优方案。（3）散热设计。首先，在硬件设计上尽可能地提高电能利用率，将发热量控制在尽可能小的程度，减少热阻，降低元器件失效率。采用模块化布局，将功耗件、发热源进行最优化布局，设计合理的散热通道，将热能竟可能地快速排出到外部空间，降低元器件基本故障率，提升设备整体的可靠性。（4）电磁兼容性设计。采用屏蔽手段将干扰限制在可接受的范围内，并限制自身的电磁信号向外部空间辐射，而影响其他设备。根据使用环境中的干扰源性质、强度、频率等，确定合理的屏蔽手段和屏蔽体，解决电子元器件由于受到电磁干扰而引起的失效或故障率，从而提升整机运行的可靠性。（5）采用成熟度更高的元器件及组装工艺，尽量选用标准间，尤其是在易损易耗件的选择上优先采用标准件。（6）进行冗余设计，使系统具备多种手段来实现同一种功能，尤其在关键技术环节采用此设计。如：并联结构设计，当一个功能模块失效时，并联支路的其它功能模块一样可以保障系统的正常运行，以此来提高系统的工作可靠性。（7）薄弱环节要提高最低可靠度元器件的可靠度，以增强整个系统或模块的可靠度。（8）增设全方位的保护功能，如过载保护、过压保护、欠压保护等保护措施，提升产品运行可靠性。（9）进行防振、防冲击的设计，以及在包装、运输、存储过程中的安全防护，提升产品可靠性。

5综述

电子设备可靠性的提高是多方面、多方位的系统性工作，在选择和控制元器件的品质、合理软硬件电路设计、规范的组装工艺等方面要严格要求和把关。做好电子元器件的品控把关、合理设计、严格要求是提高电子产品可靠性的重要手段，提高产品的可靠性也就是提高了产品的核心竞争力。科技进步的体现就是产品质量的升级及可靠性能的增强。

参考文献

[1]杨虹.微电子工艺可靠性研究[J].重庆邮电学院学报(自然科学版),2003(02).

[2]魏胜利,费敏锐.分布式网络控制系统研究进展[J].工业仪表与自动化装置,2009(02):16-22.

[3]畅黎鹏.电子设备的结构设计的维修性[J].舰船电子工程,2005,25(01):131-134.

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1.1本课程的知识模块包括：①产品材料与表面处理工艺常识；②塑料件结构设计的基本原则；③钣金类产品结构设计基本原则；④模具基础知识；⑤产品结构布局设计；⑥产品典型结构。其目的是使学生掌握结构设计的基础知识，培养学生的三维空间想象能力，在实际应用中培养学生的新产品开发以及应用计算机绘图的能力。

1.2课程的重点内容包括：①常用塑胶材料基本知识；②常用金属材料基本知识；③常用表面处理知识；④产品结构设计总原则；⑤产品结构关系分析与结构绘图的基本要求。

二、《产品结构设计》课程的教学思路

2.1选用教材。目前还没有适合工业工程专业使用的《产品结构设计》教材，所以国内普遍做法是选用产品结构设计方面教材，暂定的教材是黎恢来编写的《产品结构设计实例教程》。该教材将作者十几年的产品结构设计经验总结而成，系统、精细、全面地介绍了产品结构设计知识及设计全过程，明确了产品结构设计的概念和岗位职责，并通过讲解一款电子产品的全套产品结构设计的整个过程，帮助学生融会贯通，更加高效地学习和掌握实用技巧。

2.2教学内容。依据工业工程专业的整体人才培养方案和教学大纲的具体要求，将《产品结构设计》分为六大模块，每个模块里面包括若干的章节，各章节之间既自成体系，又互相有衔接，条理清晰，通俗易懂。①“产品材料与表面处理工艺常识”模块，主要介绍注塑工艺理论、常用塑胶材料和金属材料基本知识，以及注塑件、钣金件表面处理方法。塑胶的定义及分类方面，介绍ABS、PS、PP、PVC等的应用范围、注塑模工艺条件和化学和物理特性，重点是使学生了解注塑件的常见问题分析及解决，比如缩水、飞边、熔接痕、顶白、塑胶变形等。金属材料方面，介绍一些金属的特性和应用范围，比如不锈钢、铝、铜、镍和锌合金。常用表面处理知识方面，主要涉及塑料二次加工的基本知识，学生需要了解丝印、移印、烫印、超声波焊接、喷涂、电镀和模内覆膜等表面处理工艺。②“塑料件结构设计规范”模块，重点介绍塑料件在设计和修改阶段需掌握的通用设计规范，比如塑料件的料厚、脱模斜度、圆角设计，能够分析塑料件的加强筋、孔、支撑面的使用范围。在细节部分，应了解塑料件文字、图案、螺纹和嵌件设计。③“钣金件结构设计规范”模块，介绍钣金类产品设计的工艺要求，包括冲裁、折弯、拉伸、成形工艺，并且让学生了解压铸类产品结构设计的工艺要求。在此模块的教学中，应引入企业实际产品案例进行讲解，以便于学生更好地掌握钣金件的设计规范。④“塑料模和钣金模基础知识”模块，介绍塑料模和钣金模的基本类型及典型结构，包括模具概述，模具的分类、注塑机介绍等，重点讲解的是注塑模结构里面的浇注系统、顶出系统、排气系统和行位与斜顶，以及二板模和三板模之间的区别和应用，以“实用、够用”为度，学生只需了解典型的模具结构，不需要进行后期的模具设计。⑤“产品结构布局设计”模块，主要介绍壳体形状结构、密封结构、卡扣结构、螺钉柱结构、螺纹连接结构和嵌件连接结构等知识，以及各个特征的定义、作用和设计原则，特别是特征在使用时的相互配合关系。拓展知识方面，要了解塑料零件自攻螺柱及通过孔设计规则，以及模具设计与产品结构设计之间的联系。⑥“典型产品结构”模块，重点介绍目前国内普遍使用的三大产品（电子产品、家电产品和电动产品）的典型结构设计知识。每类产品选取一款经典的已批量的产品作为蓝本，深入解剖结构知识在产品设计的运用。比如电子产品选手机为代表产品，讲解手机产品各零部件的结构、前壳与底壳的止口设计、LCD屏限位结构设计和电池固定结构设计，以及内藏摄像头结构设计。家电产品则以电吹风为例，学生要掌握电吹风的功能、材料、结构工艺性等，了解CAD软件在电吹风设计中的应用，能对产品塑料件进行结构分析。在此过程中，还要掌握项目管理方面的知识。

2.3教学方法。在教学中，提倡基于工作过程为导向的项目化教学，理论教学与实践练习相结合，增加实践课时的比例，培养产品设计的实践能力。教师引导学生建立实用合理的知识结构，强化学生的自觉体验和掌握知识的迁移能力，淡化理论和实践的界限。在基础知识够用的前提下，采用任务驱动教学法、项目教学法，通过在具备多媒体教学设施的校内实训基地开展新产品和新工艺的开发工作，使学生体会具体产品的外观造型和结构设计过程，提高学生的综合应用能力和实际应用能力。

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包装创新可以理解为：对企业现有包装材料、包装工艺和包装管理进行优化组合、替代更新，以建立能效更高、成本更优的包装体系。随着医疗电子行业的迅速发展与革新，以及包装行业技术的不断突破，医疗电子设备的包装也在不断实现创新。目前，包装创新已成为医疗电子企业创新发展的重要推动力之一。相对于快速消费品行业来讲，医疗电子设备的包装有一个最为明显的特点，即医疗电子设备的包装很少会在货架上展示，直接面对个体消费者，而是大多数都直接面对医院和医疗机构。基于这种模式，医疗电子企业应当如何寻找包装创新的方法和思路呢? 下面，结合我公司的包装创新经验来谈一谈。

1.从客户体验中找创新

对于客户而言，接触医疗电子设备首先是对包装的拆装体验，然后才是对产品的性能体验。通过包装创新设计达成包装拆装友好感，能够直接提升产品品牌的认同度，极大提高产品投放市场的信心。经过对客户的走访调研，我们发现以往常用的钢带木箱在客户拆箱时非常费时，甚至会对客户造成伤害。于是我们对钢带木箱结构进行了优化，使用锁扣结构替代钢带插舌结构，极大地缩短了拆装时间，简化了拆装步骤，这种来自于客户体验的结构创新很快就得到了客户的认同。

2.从社会责任中找创新

包装废弃物会造成自然资源的浪费与损耗，这是一个值得全社会关注的问题，环境问题会危害到我们每个人的生存以及企业和社会的健康发展，一些有社会责任感的企业已经开始积极使用可持续性包装。例如，我公司产品的外包装一般只使用小面积的单色印刷或不印刷的原色纸板，以降低包装的生产损耗、增加回收利用率，相比很多采用多色复杂印刷的包装，我公司的这一点创新改变将会带来更多的社会示范效益。

3.从成本控制中找创新

成本控制是企业全方位管理的最基本环节，能给企业带来直接的经济效益。包装成本控制是包装开发过程中最为重视的活动，能推动企业在很多方面实现包装创新。举个最近的例子，我公司供应链系统提出降低成本的计划，并寻求包装部门的支持。包装部门经过成本分析后发现，用于物流周转的木质托盘和塑料托盘综合成本较高，在寻找替代方案的过程中发现，全纸托盘在采购成本、运输成本方面具有较大的优势。因此，通过切换托盘物料，我公司最终实现了40%的成本降低。

4.从供应商资源中找创新

在包装材料研发方面，包装供应商一般比终端用户具有更多的资源和实力，同时其还可以充分利用市场渠道获取很多已经取得重大突破的包装新材料。因此，终端用户便可通过包装供应商的这些优势，帮助自身实现包装材料的创新应用。另外，包装设计方面创新也需要及时与包装供应商沟通，以满足制造工艺的实现，进一步优化包装方案。通过与包装供应商广泛建立包装创新技术的共享与合作，可以得到进一步提升终端用户的包装创新。

包装创新：更新、创造、改变

在消费方式日趋个性化、营销手段逐步多样化的今天，包装创新可以为企业带来超乎想象的价值，成为企业获利的主要因素之一。一直以来，创新是我公司一直所推崇的包装设计理念。对于电子产品，在进行包装创新时，产品一定是主角，包装是为产品进入流通市场所服务的，包装的外在品质应与产品的内在品质相呼应。因此，我认为，在满足保护产品功能的前提下，包装创新主要体现在以下3方面。

1.注重环境保护性

从环境保护与包装可持续发展的角度出发，包装工程师和终端用户同时肩负着社会责任。因此，在进行包装设计时，包装工程师应尽量采用可回收利用的环保材料，如采用瓦楞纸箱、蜂窝纸板、纸浆模等替代木质、EPS、塑料等材料。目前，我公司已将采用木箱包装的产品（如天线）基本都换成了重型瓦楞纸箱。

2.合理进行包装设计

从结构上来讲，巧妙的包装结构设计不仅可以最大限度地利用包装空间，还可以节约包装材料，更可以提高托盘的货运量。如缓冲结构应尽量采用一体成型的设计，使用最少的材料满足缓冲条件，避免过度包装。不同的产品包装可能会有不同的包装结构设计方案，但包装结构设计时必须利于包装工艺的操作。此外，还应从消费者的角度考虑，将人体工程学融入到包装结构设计中，使包装利于消费者携带，并易于拆装。

从装潢上来讲，包装表面图案应设计得当，利于视觉传达。例如，苹果产品的包装具有一定的质感，装潢大方清爽，具有很强的视觉冲击效果。

3.采用物流新技术

在包装物流方面，应用RFID技术不仅可以节约大量的人力，还可以降低仓储时间。目前，将RFID技术应用到电子产品包装中已成为一种趋势。我公司一些出口到国外的产品包装采用了RFID技术，由于国外用工成本较高，而应用RFID技术不需要人工查看，只需查看进货条码便知产品信息，这样就可以大大节省用工成本。此外，如果产品出现问题，也可以利用RFID技术进行追溯，联系到产品的相关负责人，这样处理起来也比较方便。RFID技术在国外的成功应用进一步提升了我公司继续做好这项技术的信心，目前我公司正在积极地向国内外其他企业进行推广这一技术。

当然，每一次的包装创新还需要包装供应商的积极配合，这样才能共同实现包装创新。

把握包装创新思路

在电子产品行业竞争日益激烈的今天，产品的成本控制、供应链管理的完善、完美用户体验的获取、研发周期的缩短，都在促使电子产品不断升级换代。作为保护产品、展示产品信息的重要手段，产品包装的创新研发和设计是企业最有效的市场营销手段之一。

对于电子产品而言，其包装被赋予了更为重要的使命，因此，各大电子产品企业对包装更是格外重视。我认为，在进行包装创新过程中，应当牢牢把握以下4点创新思路。

1.包装表面装潢方式

大多数电子产品的外包装都是瓦楞纸箱或纸盒，其表面是向消费者展示产品信息的重要载体，各种精美图案的设计以及印后加工方式在展示产品本身内涵和科技感的同时，应该能让消费者获得更多的产品信息。例如，覆PP膜、上光等方式能将设计者的创意体现得淋漓尽致，达到近乎完美的展示效果。

2.环保材料的使用

随着绿色环保意识的增强，EPS等材料已基本从包装中消失，取而代之的是可回收、可重复利用的纸衬垫、纸浆模、EPE等环境友好型材料，这些材料既能达到保护产品的目的，又能兼顾包装的可持续性。例如，宏基等终端用户坚持将纸作为其包装的主要材料，以降低对石油化工材料的使用和依赖。而且，当消费者打开包装时，除了感受到新奇和产品本身的魅力之外，大量精美的纸质包装更能拉近产品与消费者的距离，获得消费者的好感。

3.缓冲结构设计

篇8

中图分类号：TN602 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 04-0015-01

按键是电子产品中极其重要的结构件，常用按键按材质分为：塑料按键（Plastic key）、橡胶按键（Rubber key）、塑料+橡胶按键（P+R key）。随着塑料制造工艺的提高，塑料按键（Plastic key）尤其连体塑料按键以它整体造型好、后处理方便、组装简单等特点受到设计者欢迎。连体塑料按键结构要素主要包括按键的悬臂、定位及间隙。连体塑料按键在试装和使用中常出现按键手感僵硬、按键联动、卡键等问题，主要是由于上述结构要素的设计缺陷造成。本文结合作者多年的设计和注塑加工实践，给出连体塑料按键主要结构要素的设计经验，旨在为结构设计工作者提供设计经验。

一、悬臂

（一）悬臂尺寸。一般电子产品的按键悬臂厚度0.8-1mm，宽度1.2-2.5mm，长度10-20mm较合适。悬臂厚度小于0.8mm注塑时冲胶慢导致悬臂强度降低，厚度大于1mm悬臂弹性较差。根据悬臂的设计空间、弹性和强度要求，悬臂宽度可以设计等宽的，如图1；也可以设计渐变宽度的，如图3。悬臂长度大于10mm弹性较好，小于10mm会感觉按键手感僵硬。为提高短悬臂弹性，在悬臂与按键体连接处进行变壁厚处理，局部最薄壁厚0.5～0.6mm，变壁厚悬臂连接处一定采用圆角过渡，注塑浇口宜设计在悬臂附近，否则容易出现注塑不全缺陷。当然悬臂越薄，长度越长弹力越好，但长度超过20mm会给注塑走胶带来困难，同时出模、包装、运输极易变形，因此设计时要综合考虑上述因素。

（二）悬臂形状。以直臂设计最简单，如图1，如果悬臂不能伸的很长，可以做成S形或弧形悬臂，以增加悬臂长度，如图2、3。悬臂转弯和受力处须采用圆角过渡，避免注塑时材料在直角处受到剪切而产生应力集中，造成悬臂先天强度不良。如果做S形空间不够，可以做成上文提到的变壁厚悬臂，这样也能达到较好的手感效果。（三）悬臂数量。最好采用双悬臂结构，这样按键不易变形。如果只能采用单臂，单臂最好靠近按键长轴方向，按键上触动开关的柱子设计在长轴另一边，即使悬臂较短，但整个活动臂依然较长，按动也会很轻松，如图2。由于长单悬臂按键在注塑、后处理、运输等过程极易变形，因此尽量设计辅助悬臂，在装配前剪掉，这可以有效保护按键不变形，如图2。悬臂在短轴方向时，宜做成双悬臂，双悬臂的间距尽量宽一点，这样与按键触点柱子成三角形分布，能避免按键按动时偏斜，如图1。

二、连体按键定位

连体按键和壳体采用定位套和定位柱定位，两者配合间隙单边0.1-0.25mm，如图3。为防止按键串动，从理论上此处设计应为紧配合，但是按键和壳体一般有两个以上定位结构，加工时很难做到完全对中，这样很容易导致按键装配不上或歪斜而影响按键手感，因此此处一定设计成间隙配合，并根据加工精度和定位柱数量调整间隙大小。

连体按键的定位结构一般设计在容易产生联动的两按键悬臂交汇点，同时按键定位套分别顶在PCB和壳体上，如图3，这样既防止按键联动又防止因壳体变形而引起的按键被夹紧使手感僵硬的问题。设计中尽量不采用螺钉或热熔方式把按键和壳体固定成一体，否则容易导致按键歪斜而影响按键手感和外观。外壳与PCB之间的固定柱尽量远离按键悬臂，如果无法避免，此处螺钉不能固定过紧，否则将会造成死键或手感僵硬。

三、按键与周边件的设计间隙

（一）按键触点柱与触动开关设计间隙。小B键和锅仔片是电子产品常用的轻触开关。实际生产中小B键通常不能完全落地，与PCB板间通常存在0-0.2mm间隙，为保证较好的手感按动效果，按键触点柱距小B键顶面间隙设计为0.5-0.8mm。锅仔片采用透明双面胶粘在PCB板上，底面与PCB板贴平，顶面与按键触点柱间隙设计为0.3-0.5mm。（二）按键与壳体设计间隙。不进行表面后处理的按键与壳体，单边间隙0.15-0.25mm，后续或有喷油或电镀，单边间隙0.2-0.4mm，在外观要求不严格情况下，间隙值尽量靠上限，这样按键稍有变形或歪斜也不容易卡键，按键最高处露出壳体约1-1.2mm，壳体的按键孔碰穿面宜设计在孔内，不能设计在外表面，否则后续容易出现飞边造成卡键，按键孔碰穿面距上端面大于按键行程，这样既保证按键正常使用，又避免按键周圈间隙过大而影响美观。

四、结束语

看起来简单的连体按键结构设计，隐藏着诸多微妙，只有仔细体会和耐心设计，才能减少后续模具、注塑、组装工艺的控制难度，才能使产品具有竞争力。

参考文献：

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中图分类号：S611文献标识码： A

引言

电子组件是数码产品的核心，若在潮湿环境中长期放置，会损坏、腐蚀电路板，一旦掉入水中，接通瞬间就会被烧毁，数据也就毁坏。人们正在使用或随身携带的电子产品许多的突发事件会使其遭受水难，造成极大的损失。解决防水问题有很多种方法和措施，且已经被证明是有效的。但是在设计中仍然要针对实际情况加以仔细分析，力求用最简洁、最可靠的设计，最低的成本，最易维护的措施来满足设备的防水要求。

一、主流防水设计方式

在产品设计过程中，电子产品防水设计的方式多种多样，常用的防水设计方式有：止口方式的防水设计、防水圈方式的防水设计、超声波方式的防水设计、二次啤塑方式的防水设计及电路密封绝缘方式的防水设计。

进行电子产品防水设计时，电子产品需要达到的防水等级必须要明确。采用的结构设计方式根据防水等级不同而不同。例如：二次啤塑防水的防水设计可以达到IP8，而止口方式的防水设计只能达到IP4。

（一）、二次啤塑方式的防水设计

在防水等级比较高的场合一般都会使用二次啤塑方式的防水设计。例如，用在成型多芯防水接头上，一次注塑成型模具制造的防水接头配额的不足、公母端子定位精度低可以解决。但是，二次啤塑方式的防水设计也存在有缺点：制作的成本高、难度大、维修费用高等。

（二）、防水圈方式的防水设计

一般采用软性材料来进行防水圈方式的防水设计，如硅胶、橡胶、TPU、PVC等，在两个零件配合的缝隙处一般使用防水圈。防水圈的工业方式有两种：一种为设计预留槽在接缝处，在进行固化前，将防水交替注入其中；另一种为弹性固态体通过模具成型，例如O型圈。对于第一种工艺：目前使用也是比较普遍，通过点胶机进行防水质量的控制批量产品，但后续维修不方便。对于第二种工艺：不宜设计防水圈长度过长，因为存在防水圈的合缝问题，不过进行防水在必须采用此方法并且防水圈太长时，解决这个问题可以通过二次啤塑的方法，但需要较高的生产成本和模具技术；具有不同的形状防水圈截面，有椭圆形、圆形、锯齿形、方形、方波形等。需要根据不同的防水等级以及不同的结构形状在进行电子产品防水设计时，来确定使用最佳的防水圈。

（三）、电路密封绝缘方式的防水设计

一般与其他防水方式的设计相结合进行电路密封绝缘方式的防水设计，二重防水、三重防水等防水设计从而构成。根据防水等级的不同，目前电路密封防水方式的设计采用的密封材料也不尽相同。一般都是在电路板的表面喷涂三防漆为普通电子产品线路板的密封绝缘方式，要求的防水等级低，主要目的是防潮；有的产品需求防水等级为6到8的，可以采用防水绝缘胶泥，在外壳即使第一道防水不起作用的情况下，也能够确保产品的正常运行，不过在进行此类产品的设计时，必须考虑到电子产品的散热的同时考虑防水设计，因为电子产品热量的传递会受到防水绝缘胶泥导热系数的影响。

二、电子产品防水级别

对于电子产品防水级别的要求根据不同的环境情况，也不同。国际认可的防水标准有“日本电子工业防水规格JIS标准”和“国际工业标准防水等级IP”。我国的GB4208-93标准――对电子产品的防水防尘外壳防护等级（IP代码）做了相关规定。依照保护等级该标准分为9个阶段（0~8），其中防水意义及种类如表1所示。

表1电子产品防水级别

三、几种电子产品常见的防水设计

（一）、某车载单机的防水设计

某车载系统经过二年多时间的研制，顺利完成了各项性能指标的测试和定型试验工作，但是，在环境试验中有较多的问题暴露。其中，某单机在交变湿热试验后如图1所示，发现不能正常开机液晶显示器，在内部打开机箱后有大量积水，水擦干后，再接通电源，显示屏虽然有显示，但是有抖动，并且有两条横线在屏上面，两分钟后，显示屏变为黑屏。该单机为型材结构，采用封闭式盖板在上下两面，没有采用橡胶密封条密封措施在不机箱和盖板之间。它的密封性能间于密封式机箱和敞开式机箱之间，这样的机箱在交变湿热环境中，在内部由于“呼吸”效应反而比较容易产生积水。由于在机器内壁上显示屏是紧贴的，导致显示屏内液晶显示器电路短路造成工作异常。

图1科研车载样机外形及盖板设计改进

解决方案一是对液晶显示器采取加固措施进行全密封，二是设计成敞开形式将半密封状态的机箱。方案一由于该液晶显示器为外购器件，改进设计难度较大，彻底改进的条件不具备，简单的加固效果可能不够理想，因而有较大的改进设计风险，且仍然得不到解决机箱积水的问题。而进行全密封设计整个机箱改进难度更大，也不存在从整个计划进度安排上较大改进的可能性。单机内部考虑到模块级部件均采用了防锈铝材料，这种材料防腐蚀性能较强，机箱内部及带元器件印制板所有表面均采用的处理措施为涂覆三防漆，且该单机的使用是在车载平台舱内，相对环境条件较好，因此，在机箱上下盖板最终采取了增加透气孔的改进设计，在交变湿热环境下以改善单机内外部的压差问题，由于压差造成凝露积水可以避免。在交变湿热试验后改进后的结构无积水产生，单机工作恢复到常温后正常。

（二）、某天线有源盒的防水设计

在外场某系统7~8月份进行联试，联试后期，发现出现天线指标异常，检查后发现反馈水平和垂直有源盒内有较多积水，元器件发生了严重腐蚀，如图2所示。

图2天线有源盒腐蚀后的外观

对上述有源盒盖板笔者用Ansys软件进行了力学分析。按照橡胶变形应力为10MPa的估算值，橡胶压缩量达到20%为计算依据，得出如图3所示结构钢板和铝板的最大变形值，见表2。采用3mm厚的铝板从表2可以看出，作为密封盖板，为0.82mm的盖板变形量。实际受力情况和仿真计算条件虽然不完全相同，也没有这样大的盖板实际变形量，但是用3mm铝板作密封盖板时，却能说明在两个固定螺孔中间位置的并没有达到20%的橡胶圈压缩量，因此，这时的密封效果是不理想的。若适当增加铝板厚度，同时增加紧固件数量，靠O形密封圈则可以达到较好的密封效果。

表1不同材料和厚度在10MPa压力下的变形量

图3有源盒3mm铝板密封盖板及力学分析

四、防水设计新思路

可弯折的柔软键盘：机械和电子电路密封在柔性聚氨脂泡沫壳体内，采用模具直接浇铸而成，适合航海、游船、饭店等环境中使用。这些地方水侵蚀破坏很大，密封的表面可以阻止液体、食物、灰尘、污染物在操作错误或清洗键盘时进入，有效做到抗水、抗潮湿、抗泄露。

SwiMP3：播放器放在脑后，采用套头佩戴方法，采用触摸式设计按键，整个MP3是佩戴在头上，这些都是方便游泳时进行操作的人性设计播放器。耳塞利用头颅和脸部里的骨当作媒介来传播声音，就是这样实现了彻底防水，并且耳塞采用入耳式的紧贴设计在与耳朵里的骨组织相接触的同时防止水进入耳朵，作为传播声源。

结束语

总而言之，随着电子产品的不断发展，防水设计显得越来越重要，越来越多的新的防水思想会不断出现，防水的设计方式也不断增加，同时使我们的电子产品也将越来越完善。

参考文献

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当今社会作为一个信息化时代，科学技术与电子产品也是日益更新，电子设备的种类和形式也是千变万化，从而质量和功能就成为评断电子设备优劣的标准。电子设备在人们生活和生产中发挥着很大的作用，也得到了越来越多的使用，所以对于电子设备的运行也提出了更高的要求。电子设备想要在电磁环境中正常运行就一定要避免受到电磁的干扰，否则就会影响整个电子设备运行的效率。所以在电子设备结构设计和实际运用中要确保电磁兼容，这样才能保证电子设备的正常运行，从而对电子设备的质量和功能进行完善。

1电子设备结构设计中的电磁兼容

1.1电磁兼容的概念

所谓电磁兼容就是指在电子设备正常运行状态下，电子线路产生的电磁对电子设备产生电磁干扰。电子设备结构设计中良好的电磁兼容就是表示电子设备和电子系统，以及电子线路等在电磁环境中都不会受到各自的影响，对电子设备的质量和功能都不会产生影响。要确保电子设备安全、正常运行，就要在电子设备结构设计中充分考虑电磁兼容的问题，这样才能够提高电子设备运行效率，从而为电子行业以及相关单位的良好发展作贡献。比如一些军工事业应该要高度重视对电磁兼容的设计，在飞机上就存在着许多电子设备，其电磁环境也是十分复杂，所以也就会产生很大的电磁干扰，一旦这些问题没有处理好就会造成很严重的后果。由此可见，电子设备结构设计中的电磁兼容是一定要引起高度重视的。

1.2对电磁兼容进行设计的必要性

现阶段人们生活和生产中，电子设备的正常运行是与电磁兼容密切相关的。由于当前社会中各个行业都会频繁使用各种电子设备，所以一旦电子设备中出现了问题，就会造成整个行业的经济受到严重损失，甚至会影响行业的稳定发展。所以电子产业在设计电子设备时要充分考虑电磁兼容的相关因素，对于那些电磁不兼容的电子设备进行及时的改进。因此，电磁兼容设计的主要目的就是要研究如何有效控制并消除电磁干扰，让电子设备在与其他设备共同工作时不会受到影响。作为理想的电磁兼容的设计，应该是要使电子设备在正常运行时不受到那些不好的影响。对于电磁兼容的设计应该通过合理的接地和搭接以及屏蔽等方式，将外部对电子设备的干扰进行减弱并消除。

2电子设备结构中电磁兼容的设计措施

2.1电磁兼容设计中要考虑电磁滤波的应用

电磁滤波是一种常见的压缩信号回路以及影响电磁兼容的方法，电磁滤波在使用时可以有效抑制干扰因素，也能控制相关干扰源谱分量对其他电子设备的影响。所以说电磁滤波就是能够对信号中一些特定的波段频率进行过滤，通过这样的形式就能够有效抑制电磁的干扰。因此，在对电子设备中电磁兼容进行设计时要考虑电磁滤波的应用。由于电子设备在正常运行中电路会产生一部分较强的干扰信号，而这些干扰信号就会通过电源线及信号线等途径，从而对整个设备的电路产生极大的干扰。而在当前社会中，电磁滤波已经被广泛应用于各类电子设备中，这也是能够保证电子设备安全稳定的重要方法。当然电磁滤波的设置也是需要一定的方法和技巧的，对于改善电路过程中通常会使用到穿心电容、三端电容等重要元件。除此之外，在对电磁滤波进行设置时也要确保所有滤波器装置是与电子设备连接好的，只有正确、合理地设置了电磁滤波，才能有效提高电磁兼容的成效，从而改善电子设备的运行状态。

2.2电子设备结构设计中电磁屏蔽的作用

电磁屏蔽就是指对两个不同的空间进行金属隔离，使整个电磁场以及电磁波都能得到有效控制，并且对区域之间的辐射和感应也能相应的控制。所以在进行设计时要充分利用电磁屏蔽的作用，利用屏蔽物将整个电路以及电子设备都控制起来，从而阻止干扰源的影响。目前在电子设备中解决此类影响的方法是电磁屏蔽技术，利用电磁屏蔽的作用可以有效促进电磁兼容，从而提高电子设备的质量和效率。另外，在进行电磁屏蔽时也要注意电磁屏蔽设备的放置，放置时要尽可能地靠近被屏蔽的电子设备，这样才完全发挥其作用。并且电磁屏蔽板的形状也会影响电磁屏蔽的效果，通过实践表明，最有效的电磁屏蔽板应该是全封闭的金属盒电场。这种金属盒的材质也要特别注意，只有良性的导体材料才能真正起到屏蔽的作用，比如一些铜、铝等金属，其金属材料的厚度也需要根据实际应用情况来灵活改变。

2.3电磁兼容设计时要运用接地技术

在对电子设备结构设计中的电磁兼容也要合理运用接地技术，要将电源与信号提供的回路以及电位进行结合。电子设备中电磁兼容的核心目的就是为了利用接地技术来控制电磁干扰的发生。在运用接地技术过程中也要具有一定的规则和标准，要确保接地的安全性，并且接地的方式以及选择等因素也会对电子设备的正常运行产生一定的影响。电子设备中使用的金属外壳要与地面相接，这能够充分保障人们的经济效益以及人身安全，从而也能保证电子设备运行的效率。在电子设备正常运行过程中，有时会发生静电相关的情况，而接地技术能够有效避免这类问题的发生。如图1所示，电磁兼容设计中运用接地技术时，要考虑整个电路系统中的单元电路有一个公共的参考电位，这是确保电路正常运行的前提。由于接地技术能够防止外界电磁场产生的一些不良干扰，所以为了避免电荷形成的高压而引起电子设备内部漏电以及起火等现象，可以选择将电子设备的机壳接地，利用这样的方式可以有效控制电荷的释放，从而减少电磁的干扰。除此之外，接地技术还能避免雷电等电磁感应的影响，可以对电子设备进行有效的保护。

3结语

随着电子设备的不断进步，而电子设备中的电磁兼容也成为电子行业的核心工作。由于电磁兼容作为电子设备正常运行的基础条件，所以在对电子设备进行设计时要充分考虑电磁的兼容性，要尽量提高电磁的兼容，从而提高电子设备的质量和效率。当然，现阶段电子设备结构设计中的电磁兼容性还有许多复杂的问题有待解决，解决过程中也存在着一定局限性，但是提高电子设备的电磁兼容性有许多技术方法，所以在实际操作中要将这些渗透到各个行业中，从而使电子设备中的电磁兼容得到更完善的设计。电子行业在生产中要根据实际情况和需求来对电磁兼容选择最合适的方法，旨在提高电子设备运行的效率。

[参考文献]

[1]陈灿雄.论电子设备结构设计中的电磁兼容设计[J].科技展望，2016（30）：286.

[2]刘兴俊.电子设备结构设计中的电磁兼容[J].中国新技术新产品，2015（6）：2-3.

篇11

引言

充电桩是用于新能源纯电动汽车充电的一种终端设备，其功能类似于加油站里面的加油机，其用户对象是纯电动汽车。充电桩是满足电动汽车充电而配备的户外的设备，可固定在停车场、广场及其它便于电动汽车停靠的地点。[1]

根据《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》，到2015年底，我国将在20个以上示范城市和周边区域建成由40万个充电桩、2000个充电站构成的网络化供电体系。预计总投资600亿元以上，其中充电设备投资120亿元。面对如此巨大的市场，电动汽车充电桩产业的发展前景十分广阔。

1.充电桩结构设计需求

1.1 功能要求

本产品为新型电动汽车交直流一体充电桩，采用的是交、直流两种充电方式，包括充电连接器、主控制器、人机交互系统、直流充电电源和交直流回路单元等。这款充电桩具有直流充电接口和交流充电接口各一个，可以同时为两辆对应接口的电动汽车充电。

本充电桩产品在结构设计上需要满足充电电源模块和电器主回路和控制系统的安装，需要考虑充电模块的散热问题，需要考虑电器主回路的配线和电气安全问题。同时，充电桩是用于新能源纯电动汽车充电的一种终端设备，需要有人机操作界面，需要刷卡使用、按键操作，液晶界面能显示充电量、费用、充电时间等数据，因此在设计操作界面时需要考虑用户操作使用的友好和便捷性。

1.2 使用环境要求

根据国网Q/GDW 485-2010《电动汽车交流充电桩技术条件》标准的要求。充电桩产品要满足户外使用环境要求环境使用需要，具体要求如下：环境温度：-20℃～+50℃;湿度：5～95%（无凝结）。[2]

本充电桩产品在IP防护设计上满足的《GB 4208-1993 外壳防护等级（IP代码）》IP54等级的防护能力要求，满足 GB/T 4797.6-1995《电工电子产品自然环境条件尘、沙、盐雾》中表9的要求，保证充电桩能在户外潮湿、含盐雾的环境下正常运行。本产品的铁质壳体以及走线铜排等要考虑防腐蚀要求，同时户外终端使用设备要具有防风、防盗的功能。

2.结构总体设计

2.1 桩体结构的基本形式

本产品考虑户外防护和隔热的要求，采用双层结构设计。桩体材质采用低碳钢板，厚度1.5m，加工方式采用钣金折弯、焊接成型工艺。桩体表面通过静电粉末喷涂工艺处理实现整体外观质感，同时保护钢板不被锈蚀。

本充电桩产品按照整体布局设计，顶盖上安装亚克力顶棚，起通风、防雨和装饰作用，左右侧为左右侧板，左侧为交流接口，直流电接口位于桩体的右侧，底部为底框部件，作为现场安装基础，内部框架作为桩体的骨架，用于安装各种电器件。

产品整体造型以长方体为主，，局部加圆角、曲面。桩体的整体外形设计，主要根据充电模块的数量和大小，内部电器件的安装和走线空间，最终桩体外形尺寸定为1840mm*750mm*550mm。

2.2 桩体内部结构设计

桩体内部结构布置根据电器功能的要求，采用模块化设计，每一个电器功能单元安装到一个安装整板上面。同时，根据产品的电气原理图的走线要求，实现合理化布置。

本桩体内主回路走线设计为自下而上，从左到右。因此，内部电器 件布局从下到上依次为交流进线部分、整流模块部分、直流输出部分、充电接口和控制单元。同时，在走线中要做到强弱电分离，以减少对信号线的电磁干扰。[2]

图1 充电桩三维设计图

图2 桩体内部器件布置图

2.3 关键部件的设计

2.3.1 面板指示灯

本充电桩的面板指示灯使用高亮LED灯珠，通过在面板与灯板之间上增加了导光柱和分光膜等零件，实现了面板指示灯在点亮时发光细腻均匀的效果。本充电桩指示灯在结构上不凸出面板表面，在外观视觉效果上较普通的指示灯更好。

2.3.2 面板按键

对大多按键的使用功能上来讲，按键与面板直径必定存在缝隙，因此面板按键的防水设计是难点。本充电桩的面板按键采用亚克力薄膜按键方式，既实现了薄膜按键的整体防水功能，又较普通薄膜按键又更好的操作手感和耐用性。

2.3.3 充电接口

充电接口是充电桩产品中最为特殊和重要的部件，其结构设计保证其使用稳定可靠和操作方便。本充电桩交流充电接口，采用掀盖式设计，充电接口安装桩体内框壳体上，在侧门对应位置增加一个掀盖式的舱门结构。直流充电接口则为外伸托架式设计，托架上有固定充电插头和卡主电缆的结构，在充电电缆可牢固可靠地挂在设计的托架结构上。

3.安规和Ip防护的设计

3.1 人身安全的保护

充电桩体的外壳零件均为碳钢材质，各零件件采用螺钉连接方式等搭接方式，桩体后门与桩体用6平方接电线连接，使桩体具有良好的导电连续性，保证了桩体整体的屏蔽效能。桩体的后门、顶盖等金属材质外壳均通过6平方接地线连接在一起，采用保护接地。桩体中的非金属零件原材料均为阻燃材质，满足UL 94 V0级要求。桩体内电器件和外部接线端子应设计安装在离地面 600mm 以上的位置，电器件和铜排的间距应该满足安全电气间隙和爬电距离的要求。

3.2 IP防护设计

3.2.1 防尘

本充电桩体采用双层结构，满足户外使用的需要，IP防护设计上满足的《GB 4208-1993 外壳防护等级（IP代码）》 IP54的要求，具备防尘功能，异物不会调入桩体内，引起电气安全隐患。

3.2.2 防水

桩体内部框架整体焊接，后门、操作面板等开孔处采用防水沿结构设计，后门零件上采用发泡涂胶工艺。操作面板上贴亚克力整面板，整体防水，反面使用3M防水胶。后门上的过滤器风扇、门锁等配件均选择满足户外使用的IP55等级。

3.3 防腐蚀、防盗等设计

3.3.1 三防

本充电桩内接插件和充电接口等电器件进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理，其中防盐雾腐蚀能力满足 GB/T 4797.6-1995《电工电子产品自然环境条件尘、沙、盐雾》中表9的要求，使充电桩能在室外潮湿、含盐雾的环境下正常运行。[3]

3.3.2 防腐蚀

充电桩铁质外壳整体结构喷户外防护塑粉，桩体内部安装桩采用覆铝锌板，紧固件采用不锈钢材质。非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理。

3.3.3 防风保护

本充电桩桩体外壳和内胆均为1.5厚的钢板，有很好的抗冲击强度和较大的自重，桩体及暴露在外的部件应能承受 GB/T 4797.5-9《电工电子产品自然环境条件降水和风》中表 9规定的不同地区、不同高度处相对风速的侵袭。

3.3.4 防盗保护

充电桩的后门上使用防盗锁，固定交流充电桩的地脚螺栓在桩体底框内部，需要再在打开外壳门后方能安装或拆卸。

4.散热的设计过程

4.1 热设计需求和风道设计

4.1.1 热设计需求

根据充电桩设备的工作环境温度要求和充电模块的自身性能，对其工作温度范围要求如下：

充电模块工作温度范围：-25℃～+70℃

桩体稳定工作温度范围：-25℃～+60℃;

本充电的主要发热器件为整流模块，其中一个充电电源模块为6 kW，其工作效率为92%，反之其损耗的发热量为6*（1-92%）=0.48kW。本充电桩共有6个电源模块，共计2.88 kW，再加上控制电路和线路热损耗，总发热量约为2.95kW。

4.1.2 风道设计

本充电桩体采用双层结构，隔热性能良好，内部空腔形成风道，顶盖上设计散热通风孔。由于功率模块的自身发热量较大，需要通过强制风冷的方式进行散热。根据计算模块自身的散热风扇的通风量，在风扇选择上威图原装的SK 3241型风扇，风扇通风量特性曲线如图3所示。

图3 过滤器风扇风量特性曲线

风扇位置设计在桩体后门上端，双风机并联， 采用吸风方式，便于桩体内空气流动，减小风阻。冷空气从桩体两侧底部进入，在桩体内形成一个自下而上的风道，在桩体上端安装一个隔热挡板零件，使充电模块散发的热空气导向到吸风风扇，尽量避免热空气流入到桩体上部，影响控制电路板件。

4.2 冷却方式的选定和计算分析

将充电桩模型导入FLOTHERM分析软件中并建立分析模型，其中充电桩进出风口采用软件自带的风阻模型代替，软件对模型自动划分网格。分析时，设置分析的环境温度为40℃，计算了充电桩内部流场及温度场分布情况，分析结果如图4、5所示。

图4 温度分布及速度矢量图（侧视）

图5 温度分布及速度矢量图

桩体的热分析设计过程中，应当先测得系统的阻力特性， 然后软件根据在计算中自行选择实际工作点风量进行计算[4]，得到了如上图所示的温度场分布。可以分析出桩体内和模块自身的最高温度分别为54℃和65℃，均不超出稳定工作范围，从而验证桩体设计中的风机选择和风道设计合理，满足实际工作的使用需求。

5.结束语

充电桩产品的结构设计，是对于户外设备的结构设计的崭新应用。产品设计既需要满足安装防盗、IP防护、散热、防腐蚀等一般户外设备的需求，又要满足外观新颖、人机操作便利、对人电气安全、充电接口设计等新的要求。因此，在进行该类产品的结构设计时，一定要对产品的各类设计需求进行梳理，结合外部应用环境和电气要求系统地进行分析，最终得出合理化的产品设计。由于本人的水平经验有限，在此仅陈述了对一款充电桩产品的结构设计过程，与大家共享和交流。

参考文献

[1]姚丽娟.电动汽车交流充电桩设计.2012.

[2]国家电网公司企业标准. Q/GDW 485-2010《电动汽车交流充电桩技术条件》.2010.

[3]孟祥军.电动汽车智能充电桩的设计与实现，2011.

[4]郭胜军.户外机柜的热仿真分析，2011.

篇12

2基于职业岗位能力确定课程教学目标

坚持“以职业岗位为目标、以职业能力为核心、以职业标准为内容”的课程设计理念，以培养学生交通机电电工电子职业岗位能力为目标，采用项目引领，任务驱动，打破原有的学科知识体系，基于工作过程对课程进行开发和研究，对教学内容进行整合、序化，强化对学生职业素养和职业技能的培养，全面培养学生的专业素养。校企合作对毕业生典型交通机电类工作岗位、岗位能力需求调查，得出与电工电子技术相关的典型工作岗位为交通机电系统施工、交通机电系统检测与维修、交通机电设备集成等;与岗位对应的技能包括“元器件的识别与检测、电路图识图与分析、常用仪器仪表的使用、交通机电系统的故障分析判断与维修、电路的焊接与调试、交通机电系统的集成与安装、施工文档的撰写与整理”等;以及做好工作需要的团结协作、吃苦耐劳、爱岗敬业、安全意识等职业素质。按照典型交通机电类工作岗位及能力《电工电子技术》课程的教学目标，可分为三部分。1)能力目标:(1)能识别并进行元器件的选型和成本估算;(2)掌握电子产品的焊接与装配;(3)能阅读分析及绘制简单电路原理图;(4)能根据电路图及工艺要求焊接测试电子产品;(5)能熟练应用仪器仪表对电子电路调试、测试进行故障诊断和检修;(6)掌握微型电子产品的设计与集成制作;(7)能利用PROTEUS对电子电路仿真;(8)能撰写产品制作调试相关文档。2)知识目标:(1)熟悉万用表、示波器、波形发生器等常用仪器仪表的使用方法和基本的电子测量方法;(2)掌握常用电子器件手册的查阅方法;(3)掌握半导体元器件及集成器件的功能特点;(4)掌握常用电子电路的组成、特点、工作原理、分析方法及应用;(5)掌握常用电路图的识图及绘制方法;(6)掌握PROTEUS仿真软件的使用方法。3)素质目标:(1)团结协作、勇于奉献，具有良好的团队意识、人际关系和协调能力;(2)良好的服务意识，吃苦耐劳的精神，勤俭节约的作风;(3)遵守工程施工及用电安全守则，具有良好的安全意识;(4)强烈的事业心、责任感、爱岗敬业，具有良好的心理素质;(5)良好的身体与心理素质，甘于寂寞、志存高远，乐观向上的精神面貌;(6)法制观念与守法意识，遵纪守法、诚实守信、弘扬正气的道德品质。

3课程内容的项目化分解、重构

根据交通机电系统检测与维护等主要工作岗位的能力要求，结合电子产品设计项目特点和学生认知规律和职业能力发展规律，合理整合课程。对“知识点”实施重新排列、组合，将传统课程体系知识点解构在12个项目式学习情境中。这12个情境包括实际应用电路的方案制定、连接、测试与维护，涉及收费站、地铁、汽车、楼宇等多个行业或生活面，紧跟时代和行业发展，提高了课程的趣味性。项目课程结构设计时，以项目为明线，根据课程的目标设计项目内容，项目是典型的、相对独立、具有完整结构的整体，具有较强的针对性;项目课程结构设计时，以知识为暗线，将学科性课程中有关的理论知识按照一定的规律分配渗透到各项目中去。项目课程中，理论知识并没有消失，只是进行了重新分配，保证了项目的覆盖面。以项目为载体整合理论实践知识。在具体处理理论和实践整合问题时，我们采取了以下措施:1)紧紧围绕工作任务整合理论和实践知识;2)设置合适项目，使项目之间的理论知识背景按照一定的方式递进;3)项目设置不宜过大，以免支撑的理论知识太多，导致教学组织比较困难。对于较大项目可以分解成模块来进行教学，一般每个模块为4个学时，这样也可以使学生在学习时经常有成就感;4)不要期望一个项目就能解决该项目所涉及能力培养方面的全部问题，每个项目应该有侧重点。

4实训项目教学实施设计

项目的实施过程按照“教师布置项目→学生分组讨论→操作→检验评价”的流程进行。在具体实施过程中，按企业产品的生产流程即“元器件的识别与检测→电路的设计与制作→电路的调试与测试”的步骤进行，将电子产品的生产流程贯穿每个项目训练的始终，使教学过程模拟了生产过程。以项目一“简易直流稳压电源分析与制作”项目为例。项目的能力训练任务包括元器件的检测，直流稳压电源制作和测试。