元件公差建模在PCB设计中的重要性

2019年11月20日

蓝色电路原理图和组件映射

宽容是任何先进社会的支柱;现在的情况就像人类历史开始时一样。人们容忍任何特定行为的限度就是战争不可避免地发动的假想障碍。宽容也是我们的国家能够存活两百多年的原因。

就像大自然需要容忍来保持微妙的生态系统的平衡一样，PCB设计师也需要设计和做出准确的设计决策。一个既定的事实是，如果一个人的设计要达到最佳的性能和功能，就必须理解和设置限制。

此外，每个设计，无论其复杂性如何，在实际构建时都需要相同的东西:组件。因此，了解您的设计的非常构建块(组件)的公差是至关重要的。反过来，这意味着组件公差建模对您的整体PCB设计同样重要。

什么是元件公差?

公差的定义，就组件而言，是任何指定值的可接受变量，以实现适当的功能。它也等于组件参数的下限和上限维度的差值。元件公差建模是任何建模或仿真过程(如可靠性测试)的重要组成部分，在可靠性测试中，设计者或制造商试图确保板元件能够承受并成功地完成其预期的任务。

作为一个整体，任何由机械部件或电子部件组成的产品都是在设计时考虑到特定的功能。这些组件经过组装过程，最终形成一个功能齐全的产品。

无论部件是物理移动还是通过信号传输，每个组件都与其他组件有关系。性能水平和功能本身都取决于这些组件协同工作的情况。因此，了解每个组件的限制对于产品的整体功能和设计至关重要。

什么是零件公差建模?

我相信你知道，个别元件的公差对整体电路性能有严重影响。因此，量化单个组件与输出性能测量的直接关系的需要和能力对设计和装配过程至关重要。

问任何一个工程师，他们都会证明这一事实宽容起着至关重要的作用在决定产品的整体质量时。一般来说，公差越精确，设计、装配过程和产品就越精确。

这就是为什么零件公差建模是设计和制造过程的一个基本部分。

为什么宽容如此重要?

当我还是个小男孩的时候，我的祖母给了我一些很好的建议:“小心过河拆桥。”随着年龄的增长，我通过哥哥的拒绝，间接地见证了她指导的真正意义的深度。好吧，如果你是在制造行业，宽容是设计和制造之间的桥梁，你永远不应该烧毁它。

每个制造商都想在他们的产品中保持高质量。然而，有时这些水平对制造商来说代价高昂。特别是当制造商努力实现零容忍的时候。因此，公差分析(建模)如此关键的一个主要原因是，它有助于在不牺牲质量的情况下降低制造成本。

例如，如果您正在使用基于卫星的互联网，在浏览网页时，1/2秒的延迟容忍是完全可以接受的。然而，如果你尝试着玩一款在线游戏《Madden 20》，你便不能接受同样的容忍。总之，游戏内的延迟和延迟会阻止你玩游戏。

根据经验，你的公差要求越精确，生产产品的成本就越高。因此，零件公差建模可以使制造商在生产中实现最佳性能和经济可行性之间的平衡。

组件堆

找出你的组件公差是有效的生产运行的必要条件

容忍的累积

宽容是生活中不可避免的事实，你无法避免。在制造过程中，需要将材料分为两组:组件和组件。无论最终产品是什么，这些组件都需要彼此交互以实现所需的功能。唉，一旦你把零件分成适合组装的部分，这些材料是如何组装的建立最终产品的整体特征和功能是至关重要的。

顺便说一句，这就是主要问题的开始。因为，一旦组装完成，每个组件都有自己的公差限制。这种可变性通常指的是所谓的公差叠加。综上所述，公差叠加是不同公差相加的叠加效应。可以想象，如果没有正确处理和管理，公差堆积会导致有害的功能和制造问题。

一般来说，通过估计特定尺寸和公差允许的累积变化的影响，公差叠加被用来描述解决问题的过程。通常，这些尺寸和公差是在工程设计或计划中定义的。

零件公差建模的类型

在执行公差分析时，有两种基本不同的分析工具用于预测叠加变化。分别是统计变异分析和最坏情况容许度分析。

在统计分析模型方面，利用统计学原理，在不牺牲质量的前提下放宽元件公差。每个组件的变化都被建模为统计分布，这些分布被相加以预测度量或结果的交付。因此，统计变异分析预测了一个描述装配变异的分布，而不是该变异的极值。该分析模型通过允许设计人员设计任何质量水平，而不仅仅是100%，从而增加了设计灵活性。

在最坏情况公差分析模型方面，采用传统的公差叠加式计算。它取单个变量，并将它们置于公差极限，使测量值尽可能大或尽可能小。最坏情况容许度分析模型不考虑不同变量的交付，而是考虑这些变化不超过它们各自指定的限制。最坏公差模型还可以预测测量的最大期望变化。因此，当设计到最坏情况的公差要求时，它保证100%的组件将正确地工作和组装，而不管实际的组件变化。

注:主要缺点是，最坏情况分析模型通常需要非常严格的单个组件公差。因此，明显的结果是昂贵的制造和检验过程或高废品率。

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