第八章电子设备的整机装配与调试

第八章电子设备的整机装配与调试随着电子技术的不断发展，电子设备广泛应用于社会各领域，其种类也是多种多样,既有用于工业、航空、航天、军事等领域的大型设备、仪器，也有人们所熟悉的各种消费类的家用电器。虽然应用领域不同，设备的复杂程度各异，工作原理更是千差万别，但它们都是机电合一的整机结构产品，都是要通过整机的装联来完成产品制造。本章就电子设备整机的生产过程作以介绍。8．1制造工艺业务的二条业务主线：从宏观的角度上，我们把业务复杂交错的制造工艺分成二大业务主线，即：产品加工业务主线和物流业务主线。8．1．1产品加工业务主线：制造工艺的主要业务就是对产品加工提供技术支持，其核心业务主线就产品加工业务主线。制造工艺的产品加工业务运作方式包括：1、按照产品加工工序路线流程平台横向的运作方式；2、按照产品线职责分工的纵向的运作方式。1．产品线纵向运作方式：如下示意图所示，工艺部门按照产品的开发进度划分了单独负责产品试制和负责产品量产的部门进行支持。试制人员的主要业务是支持研发设计新产品导入后的试制和验证工作，为研发设计反馈可制造性设计问题，同时也关注到前阶段的可制造性需求上；管制人员主要负责量产成熟产品的加工业务，保证整个制造系统的正常加工及发货。工业工程部门（IE）通过产品线参与IPD的业务运作，主要提供产品标准时间定制，工艺路线定义，试产规划（人力、资源、产能、场地布局等）。以制造外围成员的角色参与，工作任务由制造代表直接分配。其中基础数据构建是最主要的输出。在IPD阶段，IE需要了解产品结构、配置、流程、操作过程等，从而评定标准时间，进而定义工艺路线。工艺路线数据也是ISC项目中十分重要的基础数据。2．产品加工工序路线横向运作方式产品加工工序路线横向运作方式是制造工艺的核心业务主线，这种平台式的运行方式贯穿于产品加工的每个工序，制造工艺的核心就是为产品服务也正体现于此。产品加工环节从大框架上可以分成单板加工，结构测试，功能测试，整机加工和整机测试五个环节。（如下示意图所示）。按照平台运作方式，不管是新产品试制还是量产产品发货加工，均按照产品加工工序路线进行加工，在每个环节都有相应的工艺、设备/工装和工业工程部门进行平台技术上的支持。工艺部门在平台中的业务主要是对产品加工流程的每个环节建立和维护一套工艺参数和工艺加工方法。在新产品的试制阶段，工艺的业务是设置和优化工艺参数和工艺方法；在量产阶段，工艺部门的业务是维护和管制工艺参数和工艺方法。工艺部门还关注新的工艺技术的发展和引进，同时肩负新的工艺方法应用到产品制造的过程中去，做到对产品品质的提升和服务。在单板加工环节采用的工艺平台技术是目前电子行业最新的电子装联技术，也就是常说的“SMT”和“THT”。结构测试环节采用的AOI、AXI和ICT技术。设备部门的平台业务除了对每个产品加工环节进行设备的维护、维修和保养等设备能力提供外，还肩负设备产量规划业务的策划和实施者。同时，工装及自动化作为设备的补充和延续，更加增大了设备对产品加工提供的高弹性、柔性，同时也增加了产品加工的工艺窗口。工艺和设备在产品加工的每一个环节都是紧密相连的。在设备选型的初期，从客户要求和市场要求的角度提出产品的品质要求，根据品质要求转换为所要达到的工艺要求，所选型的新设备需按照工艺的要求进行评估和购置。但设备选型购置后，产品的设计和工艺方法的选择在很大的程度上需要遵循现有设备的加工能力，这就是我们常说的DFM。从四大规范关系图中也不难理解这一点。产品的加工不能只是满足能够加工出来，效率问题也是影响产品价格竞争力的主要影响因素。合理的资源配置和量化的工时管理体现了工业工程（IE）的核心业务。8．2电子设备的整机装配8.2.1电子设备整机装配原则电子设备整机结构的基本要求是：结构布局科学合理，工作性能稳定可靠；体积小，重量轻，结构紧凑，便于运输；外形美观，操作方便，便于维修；工艺性能良好，适宜于自动化生产或大批量生产。8．2．2整机装配的工艺流程在大批量生产的电子产品的生产组织中，工艺文件实质上就是由反映上述各阶段工艺特征的文件所组成的，这些阶段可概括为装配准备、部件装配、整件装配三个阶段1．装配准备装配准备主要是为部件装配和整机装配作好材料、工装设备、技术资料和生产组织等方面的准备工作。2．部件装配部件是电子设备中的一个相对独立的组成部分，由若干元器件、零件装配而成。部件装配是整机装配的中间装配阶段，是为了更好地在生产中进行产品质量管理，更便于在流水线上组织生产。3．整机装配整机是由检验合格的材料、零件和部件经连接紧固所形成的具有独立结构或独立用途的产品。整机装配又叫整件装配或整机总装。8．3电子设备的整机调试电子设备装配完成之后必须经过调试才能达到设计的技术指标要求。调试实际上包括调整和测试两方面的工作，整机调试是在组成整机的单元功能电路板、机械结构、组装部件或分机等进行调试并达到指标要求的基础上，总装后再对组成整机的可调元件、部件进行调整并对整机各项电气性能进行测试。测试是指利用手工或自动设备对系统或部件进行测量或评定，以证实其是否满足规定要求。因此，测试又可分为自动测试和手工测试、外部测试和机内测试。整机调试工作的主要内容：(1)明确调试目的、项目和要求。(2)正确选择测试仪器仪表。(3)按照调试工艺规程对电子设备进行调试。(4)分析调试中出现的问题，排除故障。(5)对调试数据进行分析处理，作出产品是否合格的结论，或写出调试报告，提出改进意见。8.3.1调试工艺文件1．基本内容产品的调试是按照调试工艺文件进行的。调试工艺文件是企业的技术部门根据国家或企业颁布的标准及产品的等级规格拟定的（一般企业标准要高于国家标准，有的产品为达到更高的质量，还有内控标准）。基本内容包括：(1)调试设备、方法及步骤。(2)测试条件及有关注意事项。(3)调试安全操作规程。(4)调试所需要的工时定额、数据资料及记录表格。(5)测试责任者的签署及交接手续等。除了要测试主要性能指标外，一般电子设备还须进行例行试验，例如温度、湿度、振动、冲击和运输等试验。2．制定原则(1)根据产品的规格等级、性能指标及应用方向确定调试项目及要求。(2)充分利用本企业的现有设备条件，使调试方法步骤合理可行，操作者方便安全。尽量利用先进的工艺技术提高生产效率和产品质量。(3)调试内容和测试步骤尽可能具体、可操作性强。测试条件和安全操作规程要写仔细清楚。测试数据尽可能表格化，便于综合分析。8.3.2调试仪器的选择使用及布局1.调试仪器的选择及使用(1)调试用仪器仪表和设备应满足计量和检测要求，仪器仪表的精度应高于测量所要求的精度，并应有定期计量检定合格证。(2)应根据需要选择相应的测量范围和灵敏度的仪器。(3)测试仪器输入阻抗的选择，要求在接入被测电路后，产生的测量误差在允许范围内，或不改变被测电路的工作状态。(4)测试仪器量程的选择应满足测量精度的要求。例如，指针式仪表应使被测量指在满该度值的2/3以上的位置，选用数字式仪表的量程时，应使其所指示的数字位数尽量等于被测量值的有效数字位数。(5)使用仪器测试时应选择好量程，调整好零点，有些仪器还需要按规定预热；灵敏度较高的仪表测试连线应采用屏蔽线，高频测试时，高频插头应直接触及被测试点。2.调试仪器布局(1)仪器的布置应安全稳定，操作调节方便，观测视差小。(2)仪器仪表在测试台上的布局，应避免相互干扰；仪器仪表与被调试整机之间的连接线应尽量短而整齐，且必须共地线，以避免产生相互感应和耦合。为了避免产生地线电阻耦合，整机输入端所有跨接的仪表地线端应连在一起，与整机输入端地线相连，整机输出端所有跨接的仪表地线端连在一起，与整机输出端地线相连，图8.2测试仪器仪表的布局8.3.3整机调试程序和方法1.整机调试工艺流程整机调试是在单元部件调试的基础上进行的。单元部件调试的一般工艺流程为：外观检查→静态调试（测试调整电路各级静态工作点）→动态调试（加输入信号或给定信号，再测试调整各调试点的电压、电流、波形、频率或频率特性，使其达到技术指标要求）→性能指标综合调试（对整个单元部件的性能指标要求进行综合调试）。（1）外观检查检查项目按工艺文件而定。例如收音机一般检查天线、紧固螺钉、电池弹簧、电源开关、调谐指示、按钮按键插座、有无机内异物、四周外观等项，检查顺序是先外后内，注意不要有漏检项目。（2）结构调试主要目的是检查整机装配的牢固可靠性及机械传动部分的调节灵活和到位性。（3）通电检查通电检查注意事项为：①通电前应先检查电源极性是否接对，输出电压数值是否合适，一般先将电源输出电压调至最小，开机后再慢慢调至要求值。还应注意不同类型整机设备通电程序不同，应按程序操作，否则会损伤设备。通电调试前，还必须检查被调试的单元、部件或整机有无短路，观察有无元器件相碰，印制电路板上有无错连，可用万用表测量（用×1Ω档）电源正负极间是否有短路的方法来检查，并应检查各连接线、控制开关位置是否正确，整机是否接好负载或假负载等。一切正常后方可通电。②通电后，应观察被测试件有无打火、放电、冒烟或异味；电源及其它仪表指示是否正常。若有异常应立即按照程序断电，再设法排除故障，并注意如有高压大容量电容器，应先设法放电，再检修。（4）电源调式电源调试的一般步骤为：①电源空载初调为了避免电源电路未经调试就加载而引起某些电子元器件损坏，通常先在空载状态下对电源电路进行调试，即切断电源的所有负载，测量通电后电源是否稳定、数值和波形是否符合指标要求或经调整后能达到指标要求的直流电压输出。②电源加载细调初调正常后加额定负载或假负载，测量并调整电源的各项性能指标如输出电压值、波纹因数、稳压系数等，使其符合指标要求，当达到最佳状态时，锁定有关调整元件。有些简单电子设备直接由电池供电，则不需调试电源。（5）整机统调调试好的单元部件装配成整机之后，其性能参数会受到一些影响，因此装配好整机后应对其单元部件再进行必要的调试，使其功能符合整机要求。（6）整机技术指标测试按照整机技术指标要求及相应的测试方法，对已调整好的整机进行技术指标测试，判断它是否达到质量要求的技术水平。必要时应记录测试数据，分析测试结果，写出调试报告。（7）老化按要求对整机进行可靠性测试，老化之后，还应对整机的技术指标进行复测，合格后入库。8．3．4功能测试与老化1．功能测试1.1功能测试工序概述测试系统是现代电子产品制造系统中的重要组成部分，用来检验产品质量，分析产品缺陷，反馈可测性要求，是保证产品质量的重要手段。1.2功能测试工序作用和目的测试系统一般包括在线测试系统和功能测试系统。在线测试的目的一般是为了找出被测单板元器件及连线的故障，而功能测试的目的是测试整机或单板的功能是否能正常工作，各项功能指标是否满足要求。在线测试系统和功能测试系统取长补短、相辅相成，共同完成产品的测试任务。在生产系统中的单板的工艺路线如图一所示，制成板加工完成要经过在线测试，成品板经过高温老化，再进行功能测试后入库，发货之前，每块单板还要经过在整机环境测试。一般来说，要根据产品的复杂程度、成品率、产量与成熟度来确定是否安排使用在线测试或功能测试。在线测试属于结构化测试中的一种，可以分为ICT和飞针两种方式。对于在线测试，一方面，通过ICT可以发现单板上大多数常见缺陷，可以减轻后面测试环节的压力，可以降低测试成本；另一方面，ICT可以促进前加工工艺水平的改进。所以，新产品中的单板优先考虑使用ICT方法测试，而且单板越复杂，越要用ICT。原有产品中没有做ICT的，也要在升级时考虑ICT。飞针式ICT的最大特点就是不需要专门的测试夹具，所以，在产品原型调试阶段，单板经常要升级，这时可以考虑用飞针式ICT的方法。功能测试和在线测试是互为补充的，与在线测试相比，其实现的方式和达到的效果都不同。对于一些功能非常简单的单板，一般可以考虑只采用FT。除此之外一般都会考虑在线测试与功能测试组合的测试策略如果产品非常复杂、成品率低、产量高，一般只需要在线测试设备，如果产品产量高、成品率高而且成熟，一般只需要功能测试设备。如果产品较复杂