機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性研究

陸培永（中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所,合肥 230088）

機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性研究

陸培永
（中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所,合肥 230088）

目前，在經(jīng)濟(jì)全球化的大背景下，提升我國的國防實(shí)力已經(jīng)成為我國當(dāng)前構(gòu)建社會主義國家的工作重心。國防實(shí)力包括兩方面：一方面是經(jīng)濟(jì)實(shí)力，政治、外交、文化等；另一方面是軍事實(shí)力，尤其是指飛機(jī)作戰(zhàn)性能[1]。本文從各種環(huán)境因素對機(jī)載電子產(chǎn)品性能的影響入手，著重分析如何提高機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性等一系列問題，總結(jié)當(dāng)前我國機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性存在的問題和不足，在機(jī)載電子產(chǎn)品的強(qiáng)度、“三防”、散熱等方面提出有效的改進(jìn)措施和建議，從而整體提升我國機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。

機(jī)載電子產(chǎn)品；環(huán)境適應(yīng)性；環(huán)境因素；研究

0　引言

眾所周知，機(jī)載電子產(chǎn)品是飛機(jī)的重要組成部分，機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力的強(qiáng)弱直接影響了飛機(jī)戰(zhàn)斗力的高低。機(jī)載電子產(chǎn)品是由較為精密且復(fù)雜的機(jī)械原件組成，如果機(jī)載電子產(chǎn)品遇到極其惡劣的天氣則很容易遭到損害[2]?？梢姯h(huán)境對機(jī)載電子產(chǎn)品的影響巨大。因此只有提高機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力，才能提升我國的國防實(shí)力，這也是現(xiàn)代戰(zhàn)爭對我國機(jī)載電子產(chǎn)品提出的必然要求。

1　當(dāng)前我國機(jī)載電子產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的弊端

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國機(jī)載電子產(chǎn)品也不斷向前發(fā)展，在長期的實(shí)踐中，已經(jīng)取得了一定的成效，但仍然存在很多不足。

1.1機(jī)載電子產(chǎn)品在振動過程中失效

機(jī)載電子產(chǎn)品產(chǎn)生故障的大部分原因是由于惡劣天氣導(dǎo)致電子元件受到強(qiáng)烈的振動和沖擊，進(jìn)而失效。據(jù)我國航天部門的相關(guān)資料表明，造成機(jī)載電子產(chǎn)品在振動中失效的主要原因有三方面：“一方面是電子設(shè)備在某激勵下由于共振導(dǎo)致模塊印制板上產(chǎn)生較大的振動加速度或沖擊加速度超過了電子元器件所能承受的加速度量值；另一方面是電子設(shè)備在振動過程中由于加速度產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力超過了結(jié)構(gòu)材料所能承受的應(yīng)力值；三是由于頻繁、長期的動載荷振動導(dǎo)致電子設(shè)備結(jié)構(gòu)或器件管腳損壞。[3]”以上原因?qū)е挛覈鴻C(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性較差，從而降低了我國飛機(jī)的戰(zhàn)斗性能。

1.2機(jī)載電子產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理環(huán)節(jié)薄弱

我國機(jī)載電子產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理存在諸多問題，管理人員素質(zhì)不高，缺乏責(zé)任感；數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)不完整，存在遺漏、損壞、偽造等；故障報告、分析與糾正措施系統(tǒng)僅僅還停留在數(shù)據(jù)收集積累的初始階段；機(jī)載電子產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理沒有達(dá)到為其他型號的電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性研究提供有效數(shù)據(jù)的要求。

1.3機(jī)載電子產(chǎn)品設(shè)計忽視產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力

目前我國大部分機(jī)載電子產(chǎn)品的設(shè)計過多側(cè)重于性能，往往忽視了機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力。這種情況會直接導(dǎo)致產(chǎn)品的全壽命周期費(fèi)用大幅度增加。由于機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力低下，很容易受到周圍環(huán)境的影響，尤其是遇見惡劣天氣，會直接造成機(jī)械電子產(chǎn)品的損壞，出現(xiàn)國家投入機(jī)載電子產(chǎn)品后無法適應(yīng)工作環(huán)境而不能使用，或者在試驗(yàn)過程中問題不斷，使飛機(jī)根本無法正常運(yùn)行，只能將機(jī)載電子產(chǎn)品頻繁返廠進(jìn)行維修。這些售后服務(wù)都給企業(yè)帶來了巨大的費(fèi)用，增加企業(yè)的財政負(fù)擔(dān)，對機(jī)載電子產(chǎn)品的性能和結(jié)構(gòu)都帶來了不利影響，縮短了機(jī)載電子產(chǎn)品的使用壽命。

1.4機(jī)載電子產(chǎn)品缺乏國內(nèi)外交流

目前我國處理機(jī)載電子產(chǎn)品失效的技術(shù)人員匱乏，掌握的核心技術(shù)較少，而且缺乏和國外的交流，導(dǎo)致機(jī)載電子產(chǎn)品技術(shù)還是比較落后，難以做到系統(tǒng)地利用試驗(yàn)手段去發(fā)現(xiàn)、改進(jìn)、更換失效的零件，不能有效的提高機(jī)載產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力。例如：國外早已經(jīng)使用的高加速試驗(yàn)方法來提高機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，在我國就開展的不理想。由于的設(shè)計人員專業(yè)技能、國家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、電子元器件選用使用等不足，加之沒有形成有效的驗(yàn)證方法，導(dǎo)致機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性差。

2　有效解決措施

2.1創(chuàng)新機(jī)載電子產(chǎn)品的設(shè)計方案

企業(yè)要想提高機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力，就必須從源頭抓起，從機(jī)載電子產(chǎn)品的設(shè)計、材料等方面入手。根據(jù)環(huán)境適應(yīng)性的具體含義，將其分為三種情況：一是氣候因素，是指根據(jù)機(jī)載電子產(chǎn)品的元器件、構(gòu)件、設(shè)計材料，通過創(chuàng)新設(shè)計方案來提高機(jī)載電子產(chǎn)品對工作環(huán)境的抵御能力。二是設(shè)計師通過更改機(jī)載電子產(chǎn)品原有的設(shè)計結(jié)構(gòu)，使電子產(chǎn)品的嚴(yán)酷度和局部環(huán)境影響力下降，以科學(xué)有效的設(shè)計方案來提高機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，這不僅能夠減少企業(yè)售后服務(wù)投入的大量資金，縮減電子產(chǎn)品后期因故障返廠維修的資金消耗，還能夠從根本上減少機(jī)載電子產(chǎn)品的全壽命周期費(fèi)用，提高機(jī)載電子產(chǎn)品的質(zhì)量。設(shè)計師還可以通過建立有限元模型，對機(jī)載電子產(chǎn)品進(jìn)行振動分析，從而預(yù)防失效現(xiàn)象。例如：國家相關(guān)規(guī)定指出：“機(jī)載電子產(chǎn)品設(shè)計按照通用的精簡原則，在CAD建模軟件中對零部件進(jìn)行簡化并裝配后，以通用的三維模型數(shù)據(jù)交換格式導(dǎo)入到pat軟件中，在Pat中對導(dǎo)入的CAD模型使用十節(jié)點(diǎn)四面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分。通過控制網(wǎng)格劃分器的相關(guān)參數(shù)來保證模型內(nèi)外網(wǎng)格密度的均勻性。最終得到有限元模型，一般共351560個節(jié)點(diǎn)，共187984個四面體單元?！盵4]這就要求機(jī)載電子產(chǎn)品的制造階段要嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)定進(jìn)行制造，通過高效合理規(guī)范的制作手段，實(shí)現(xiàn)提高機(jī)載電子產(chǎn)品組件加工的合格率、產(chǎn)品材料的合格率、一次驗(yàn)收的合格率等目標(biāo)。因此我國要創(chuàng)新機(jī)載電子產(chǎn)品的設(shè)計方案，獲得高安全性、高環(huán)境適應(yīng)性的機(jī)載電子產(chǎn)品。

表1　結(jié)構(gòu)材料屬性

2.2完善機(jī)載電子產(chǎn)品的管理制度

完善機(jī)載電子產(chǎn)品的管理制度是提高我國機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性工作的重要環(huán)節(jié)，因此完善數(shù)據(jù)管理制度是非常必要的。數(shù)據(jù)管理制度主要包括：對機(jī)載電子產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理、機(jī)載電子產(chǎn)品全壽命周期的管理、環(huán)境因素統(tǒng)計的管理、試驗(yàn)與評估結(jié)果的管理、監(jiān)測和研究分析結(jié)果的管理等方面。合理有效的數(shù)據(jù)管理是開展機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)能力工作的重中之重，收集積累機(jī)載電子產(chǎn)品的故障信息和出錯數(shù)據(jù)，能夠有效的找出機(jī)載電子產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)、制造等各個階段出現(xiàn)失效情況，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析歸納、處理能夠?yàn)槿蘸髾C(jī)載電子產(chǎn)品設(shè)計提供科學(xué)可靠的依據(jù)，還能提高機(jī)載產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力，延長其使用壽命。例如：某型號機(jī)載電子產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理糾錯分析表（如下圖），可見完善機(jī)載電子產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理制度，能夠?qū)C(jī)載電子產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)地環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)改進(jìn)，加強(qiáng)機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性。

表2　某型號機(jī)載電子產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理糾錯分析表

2.3加強(qiáng)機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

我國應(yīng)該重視機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性問題，加大對機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的試驗(yàn)和研究。機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性主要包括：產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、振動、沖擊、元器件的環(huán)境適應(yīng)能力等。因此設(shè)計師應(yīng)該從以上方面入手，根據(jù)機(jī)載電子產(chǎn)品的工作環(huán)境，制定有效的措施。首先，機(jī)載電子產(chǎn)品設(shè)計的過程中要避免直角和懸臂結(jié)構(gòu)，應(yīng)該采用倒圓角或者是斜筋進(jìn)行有效的過度，能避免應(yīng)力的集中，在對機(jī)載電子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)該注意剛強(qiáng)度的設(shè)計和隔振緩沖設(shè)計，在機(jī)載電子產(chǎn)品重量最輕的前提下確保電子產(chǎn)品的安全性。針對機(jī)載電子產(chǎn)品的密封設(shè)備，設(shè)計師應(yīng)該選擇耐高溫、低溫而且性能好的密封圈等設(shè)備，從而提高密封效果，避免因?yàn)榈蜏囟鴾p低機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)能力的情況出現(xiàn)。其次，在機(jī)械電子產(chǎn)品的選材問題上，要選用符合規(guī)范的材料，如：尺寸較大的印制板應(yīng)在中央增加支撐點(diǎn)或者強(qiáng)筋確保其穩(wěn)定性，印制板上較大的組件支腳應(yīng)該點(diǎn)膠，還可以利用導(dǎo)熱板來提高印制板自身的剛度，從而優(yōu)化機(jī)載電子產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布局。然后，設(shè)計師還可以對于印制板的薄弱原件進(jìn)行加固措施，可以根據(jù)硅橡膠對整個元器件或者組件進(jìn)行灌封，更新傳統(tǒng)的工藝處理觀念，這樣可以提高元器件的抗振性能和“三防”性能。最后，在機(jī)載電子產(chǎn)品空間和重量允許的前提下，盡可能安裝減振裝置，局部還可以采用高強(qiáng)度的設(shè)計材料，應(yīng)該選取耐惡劣環(huán)境的高阻尼隔振器，控制重量；還可以將結(jié)構(gòu)小型化、輕量化設(shè)計、集成化設(shè)計等多種方案相結(jié)合，從而提高機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性，進(jìn)一步提高我國飛機(jī)作戰(zhàn)水平。

2.4提高機(jī)載電子產(chǎn)品的試驗(yàn)水平

我國技術(shù)人員應(yīng)該加強(qiáng)經(jīng)驗(yàn)交流，國家應(yīng)該大力引入先進(jìn)的技術(shù)手段，目前國外針對機(jī)載電子產(chǎn)品這一課題上大力倡導(dǎo)高加速試驗(yàn)、可靠性仿真試驗(yàn)。相關(guān)資料指出：“高加速壽命試驗(yàn)(HALT)和高加速環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)(HASS)，能夠在較短的研制周期內(nèi)達(dá)到快速提高、驗(yàn)證產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的目的。其中，HALT是主要針對研制階段的試驗(yàn)，而HASS和環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)(ESS)一樣，是針對批生產(chǎn)階段的試驗(yàn)”[5]?？梢姴捎酶呒铀僭囼?yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確有效的提高機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性?？煽啃苑抡嬖囼?yàn)?zāi)軓碾娮赢a(chǎn)品的局部，如印制板的某個位置分析振動響應(yīng)和溫度變化情況，尋找到薄弱環(huán)節(jié)，從而改進(jìn)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。還可以結(jié)合目前機(jī)載電子產(chǎn)品的實(shí)際情況，研究新的試驗(yàn)方法，在創(chuàng)新的基礎(chǔ)上實(shí)踐，在實(shí)踐的基礎(chǔ)上創(chuàng)新，通過提高機(jī)載電子產(chǎn)品的耐環(huán)境適應(yīng)性，增強(qiáng)我國飛機(jī)的作戰(zhàn)性能，逐步提高我國的綜合實(shí)力。

3　結(jié)束語

綜上所述，從我國目前機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性發(fā)展趨勢來看，存在諸多問題和弊端。因此我國要轉(zhuǎn)變過去傳統(tǒng)的設(shè)計理念，采用輕量化設(shè)計的方法，使用合格材料改變傳統(tǒng)金屬化鍍覆工藝，綜合考慮各種因素包括振動、裝機(jī)協(xié)調(diào)、分機(jī)方案、電磁兼容設(shè)備、元器件篩選等問題等因素系統(tǒng)設(shè)計機(jī)載電子產(chǎn)品的環(huán)境防護(hù)能力?？傊?，提高機(jī)載電子產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性不僅是現(xiàn)代化信息技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，同時也是現(xiàn)代戰(zhàn)爭對機(jī)載電子產(chǎn)品設(shè)備提出的新要求。

[1]李棟，方偉奇，王克軍.某機(jī)載PCB模塊環(huán)境適應(yīng)性及防護(hù)設(shè)計[A].2010中國電子學(xué)會可靠性分會第十五屆可靠性學(xué)術(shù)年會論文集[C].2010.

[2]苗玲，陳志剛，陳敏.平板裂縫天線的有限元簡化模型及模態(tài)分析[J].電子機(jī)械工程，2008,24(05):55-57．

[3]余建祖，高紅霞，謝永奇.電子設(shè)備熱設(shè)計及分析技術(shù)[M].2版北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2008:83-84．

[4]熊敦禮,王德言,朱智雄等.航空制造工程手冊——機(jī)載設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)部分[M].北京:航空工業(yè)出版社,2005.

陸培永（1971—），男，應(yīng)用電子技術(shù)學(xué)士，中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所質(zhì)量師，研究方向：產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性。