便攜式太陽能光伏供電系統(tǒng)外觀與結(jié)構(gòu)設(shè)計【含CAD圖紙+三維SW+文檔】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 機(jī)械工程在多學(xué)科雷達(dá)設(shè)計中的作用 摘要 介紹了協(xié)同設(shè)計工作生產(chǎn)的產(chǎn)品需要跨多個學(xué)科才能符合或超過所有的要求和期望。強(qiáng)調(diào)的是機(jī)械工程師對這種協(xié)同過程的作用。討論開始，程序，過程和組織延伸到機(jī)械工程的參與，如熱，結(jié)構(gòu)，制造變化的關(guān)鍵領(lǐng)域，以及材料的選擇問題。得到一個符合顧客要求的程序并成功執(zhí)行是任何承包商的挑戰(zhàn)。美國雷神公司成功找到了回應(yīng)這一挑戰(zhàn)的一個行之有效的程序執(zhí)行方法。該方法包括從財務(wù)規(guī)劃的工程驗(yàn)證到測試程序的所有方面。 本文討論了工程團(tuán)隊(duì)和機(jī)械工程師的作用。一個雷達(dá)系統(tǒng)最終是由先進(jìn)的電子設(shè)備和軟件組件組成。然而，設(shè)計，制造，裝配，集成和這一復(fù)雜系統(tǒng)測試需要一個連貫的多學(xué)科的方法。雷神公司像許多承包商一樣，開發(fā)團(tuán)隊(duì)（IPT）選擇裝配的集成產(chǎn)品包括所有工程學(xué)科。 機(jī)械工程是為了滿足性能要求的積分，進(jìn)行初步設(shè)計對設(shè)計制造的過渡，再進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，并在該領(lǐng)域的硬件實(shí)現(xiàn)。在機(jī)械工程的基本定義中，協(xié)助建筑的發(fā)展，概念設(shè)計，并要求發(fā)展中排除許多項(xiàng)目有時被忽視的危害問題。這些設(shè)計問題，包括環(huán)境保護(hù)，結(jié)構(gòu)剛度滿足撓度要求，冷卻系統(tǒng)的散熱能力，可制造性來控制成本，可維護(hù)性確保可在現(xiàn)場修理，還有可移植性。認(rèn)識和權(quán)衡這些問題可以大大增加顧客滿意程度。本文討論的方法，從機(jī)械工程師的角度看以確保整體是多學(xué)科來解決我們的設(shè)計挑戰(zhàn)。 圖7 復(fù)雜項(xiàng)目的執(zhí)行需要提供團(tuán)隊(duì)來增加客戶滿意度 背景簡介 美國雷神公司和其他大型承包商的合作伙伴與我們的客戶生產(chǎn)出復(fù)雜的新系統(tǒng)，并升級現(xiàn)有系統(tǒng)，加上新的任務(wù)，需要執(zhí)行這些合約通常是相當(dāng)可觀的資源。 合同成功可靠的執(zhí)行是承包商和客戶的首要關(guān)注的問題。跨多個學(xué)科的設(shè)計要求需要團(tuán)隊(duì)精神和協(xié)作，生產(chǎn)的產(chǎn)品符合或超過所有的要求和期望。本文探討機(jī)械工程師在協(xié)同過程的作用。滿足客戶的需求和期望是任務(wù)和作戰(zhàn)概念識別的開始。整個程序的基礎(chǔ)就是了解這些原理，缺乏程序會使這個基礎(chǔ)最終消耗大量成本和時間，并會導(dǎo)致客戶滿意度下降。 圖8 雷神公司的集成產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)對項(xiàng)目的成功執(zhí)行 課題的使命和運(yùn)作理念要求包括兩大系統(tǒng)的性能參數(shù)，如雷達(dá)檢測概率和硬件實(shí)現(xiàn)的參數(shù)，以及可移植性要求或戰(zhàn)區(qū)。 主要系統(tǒng)，如圖7所示，高性能雷達(dá)要求的特征達(dá)到國家最先進(jìn)的搜索，跟蹤，識別和照明功能。 他們也在滿足這些要求之前，期間，經(jīng)歷暴露于惡劣的自然環(huán)境和誘導(dǎo)的問題。例如，戰(zhàn)區(qū)高空防御（THAAD）（在圖的右上面板顯示系統(tǒng)）是一個很寬的區(qū)域防空雷達(dá)。這是需要強(qiáng)調(diào)的雷達(dá)性能的要求，與其他傳感器和武器接口，并且成功操作之前，期間，也經(jīng)歷暴露于如很高的環(huán)境溫度和強(qiáng)風(fēng)充滿沙塵環(huán)境的問題。THAAD雷達(dá)的設(shè)計也具有高度可移植性，這限制了孔徑尺寸和重量。 另一個例子，驅(qū)逐艦（DDG 1000）在圖中的左上部面板顯示功能的高性能的傳感器和大量通信系統(tǒng)。每個這些成套設(shè)備的設(shè)計也會承受或沒有修復(fù)前，經(jīng)歷暴露于水下爆炸產(chǎn)生的沖擊環(huán)境的問題。 要求承包商產(chǎn)生一個系統(tǒng)確保我們的顧客成功的完成任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了性能與實(shí)現(xiàn)相結(jié)合。這表明設(shè)計學(xué)科必須密切合作，一起工作。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供知識來滿足不同應(yīng)用需求從而提高客戶飛滿意程度。 本文從程序流程和組織討論了各種各樣的話題。應(yīng)用了幾個關(guān)鍵領(lǐng)域的機(jī)械知識。 圖9 跨學(xué)科的組織結(jié)構(gòu)以及鼓勵相互作用 集成產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng) 所有的設(shè)計師，設(shè)計團(tuán)隊(duì)和組織，需要遵循一個強(qiáng)大的設(shè)計過程。在設(shè)計過程中有許多基本原理的形式，對每個人都是一樣的。大型組織，合同主要方案和數(shù)百個項(xiàng)目同時處理需要嚴(yán)格的執(zhí)行過程，美國雷神公司的集成產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)就需要這樣的過程。 圖10 硬件設(shè)計的理想化模型要滿足所有客戶的所有要求和識別任務(wù)需求 如圖14所示，該過程的開始與業(yè)務(wù)戰(zhàn)略以及規(guī)劃。企業(yè)必須建立一個業(yè)務(wù)戰(zhàn)略和追求相匹配的戰(zhàn)略機(jī)遇。項(xiàng)目規(guī)劃，領(lǐng)導(dǎo)，管理和跟蹤。程序資源絕大部分寫在隨后的步驟中。架構(gòu)的建立和文件的程序的需求要滿足頂層設(shè)計的需求。設(shè)計和開發(fā)定義了產(chǎn)品和系統(tǒng)詳細(xì)的樣子和如何將產(chǎn)品和系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。最后，對構(gòu)建和測試的產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證和確認(rèn)。生產(chǎn)和部署應(yīng)遵循和過渡到長期運(yùn)營和支持的過程。 這個過程每一步的詳細(xì)描述來建立可重復(fù)執(zhí)行的路徑。這些描述可以了解所有的性能識別和實(shí)施要求。過程的執(zhí)行需要協(xié)同努力。 組織 項(xiàng)目組織是設(shè)計過程中一個重要的部分。圖10顯示了一個典型的跨學(xué)科項(xiàng)目組織。這個矩陣式結(jié)構(gòu)從一個單一的項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)客戶開始。該系統(tǒng)分為多個綜合產(chǎn)品小組（IPTS），每個集中在一個主要的子系統(tǒng)里。由兩個IP顯示，即雷達(dá)和平臺，這是典型的多程序系統(tǒng)。工程隊(duì)通過綜合產(chǎn)品小組共享，得到學(xué)科的許多專業(yè)知識。這結(jié)構(gòu)鼓勵子裝配團(tuán)隊(duì)之間的交流和互動。 機(jī)械工程師的作用 一個復(fù)雜的雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計有許多學(xué)科的參與，并具有獨(dú)特的技能集，其中需要每個總計劃的成功實(shí)施。協(xié)調(diào)小組的方法是對每一門學(xué)科需要理解的技能和其他學(xué)科的焦點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。在眾多的任務(wù)中，機(jī)械工程師的角色是開發(fā)性能并優(yōu)化實(shí)施方案，確保硬件能克服自然引起的環(huán)境條件而全套成功操作，并使設(shè)計過渡到制造的硬件。 當(dāng)任務(wù)和經(jīng)營理念以及全套的要求和充分理解整個團(tuán)隊(duì)的設(shè)計發(fā)生沖突的情況下也可以時，就要應(yīng)用各專業(yè)的具體要求。其他團(tuán)隊(duì)成員就要考慮每一門學(xué)科來優(yōu)化他們的工作。機(jī)械工程師概述為一些駕駛要求對可能影響預(yù)測的系統(tǒng)和產(chǎn)品的性能。 這些因素包括設(shè)計的自然環(huán)境，熱負(fù)荷，溫度范圍，從所有來源的誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)載荷，設(shè)計，制造，以及材料的選擇。得到一個設(shè)計發(fā)展的理想化方法，同時，解決所有這些因素是跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的最終目標(biāo)。 圖11的左邊顯示的天線系統(tǒng)理論為遠(yuǎn)場模式的一個例子。這種模式具有理想的行為。有一個尖銳的，有光滑的錐形遠(yuǎn)離主光束的能量峰。該圖的右側(cè)顯示后，設(shè)計以硬件實(shí)現(xiàn)的模式，完全符合非理想化對硬件的要求。請注意，峰峰值能量安全低于客戶的規(guī)格限制。 在這個例子中，交付給客戶的產(chǎn)品滿足所有任務(wù)和作戰(zhàn)概念的需要。解決方法是非理想化的，是成功的。但是，離軸的行為可能導(dǎo)致任意數(shù)量的來源，如尺寸公差，從成本效益的制造過程中產(chǎn)生的偏差，或天線風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生撓度。設(shè)計團(tuán)隊(duì)的成功的設(shè)計了這個產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)客戶的需求。 熱設(shè)計 熱環(huán)境和熱負(fù)荷在任何電子系統(tǒng)的設(shè)計中都是重要的因素。環(huán)境既包括環(huán)境條件下的溫度，太陽輻射，還包括濕度在操作位置和設(shè)備的具體物品的地方環(huán)境。例如，一個庇護(hù)系統(tǒng)可以被放置在非常惡劣的室外條件下而為封閉的電子提供了一個相當(dāng)良性的環(huán)境。熱負(fù)荷產(chǎn)生的經(jīng)營電子會耗散功率。 機(jī)械設(shè)計工程師的任務(wù)是解決這兩個問題。對于自然熱環(huán)境設(shè)計包括選擇能夠承受極端溫度的材料。熱軋和冷軋的極端溫度是設(shè)計的挑戰(zhàn)。它對一些市售的部分為軍事硬件所需的典型冷溫度特別感興趣。 為了保護(hù)敏感的電子設(shè)備和實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能，環(huán)境控制系統(tǒng)和保溫系統(tǒng)是用來在保證溫度只能在一定范圍變化。天線罩用于覆蓋天線系統(tǒng)的輻射表面。環(huán)境控制系統(tǒng)操作需要的功率，必須在系統(tǒng)可靠性計算。天線罩提供保護(hù)，但它會降低保護(hù)天線的性能，而且會占相當(dāng)大的體積。防冰裝置是排除一些損傷積累的必要系統(tǒng)。防冰需要大量的電力，但其可以限制在特定的情況下有穩(wěn)定的性能。 圖11 熱系統(tǒng)設(shè)計的需求正在迅速增長[ 1 ] 熱負(fù)荷要求熱控制系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)現(xiàn)兩個主要目標(biāo)。熱控制在維護(hù)電子條件下提高可靠性最高溫度。設(shè)計工程師必須降低高可靠性和冷卻系統(tǒng)和備件的成本。如圖12所示，功率密度和功率消耗的處理器在過去的6年里穩(wěn)步增加，預(yù)計將在未來大幅增加，相應(yīng)的熱控系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加。 熱控制系統(tǒng)還可以在整個系統(tǒng)的最佳性能得到溫度的一致性。溫度的一致性的功能，所消耗的變化時間，保證系統(tǒng)溫度和環(huán)境溫度。 最后，熱膨脹和收縮問題的考慮適用于所有的散熱設(shè)計。幾乎所有的材料尺度都會隨著溫度的變化而變化。這個尺寸的變化可以導(dǎo)致在電子性能的變化，在原料上也會產(chǎn)生應(yīng)力從而導(dǎo)致在極端的情況下無法實(shí)施。 圖12 在設(shè)計中天然的和誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)環(huán)境影響[ 2 ] 結(jié)構(gòu)設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計以設(shè)備的用途和暴露的環(huán)境的分析開始。這種分析始于客戶的任務(wù)和作戰(zhàn)概念，以對有負(fù)載的情況下得到一個詳細(xì)的了解。經(jīng)常有許多負(fù)荷的情況需要考慮，任何可以對系統(tǒng)性能的影響因素。 一種基于預(yù)期用途的負(fù)載情況下的例子是大型雷達(dá)孔徑的設(shè)計，在機(jī)械運(yùn)動和重力作用下結(jié)構(gòu)變形必須限制。本設(shè)計能引導(dǎo)相對撓度影響的天性技能和限制偏差支持結(jié)構(gòu)支出的貿(mào)易。天線的設(shè)計必須包括孔徑變形分析中的誤差項(xiàng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計師必須找到盡可能極限限制撓度的有效方式。一個非常類似的交易通常是暴露在風(fēng)荷載作用下的系統(tǒng)要求。 圖12顯示了幾個誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)的環(huán)境中，常見的地面戰(zhàn)術(shù)和艦載系統(tǒng)的例子。顯示設(shè)備的卡車行駛在道路課程測試，艦載系統(tǒng)暴露在水下爆炸試驗(yàn)，道路模擬試驗(yàn)，并對試驗(yàn)直升機(jī)吊。這些負(fù)載情況下的需求顯著的結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)變形不能過多或負(fù)載下會失敗。設(shè)計團(tuán)隊(duì)經(jīng)常面臨著相互矛盾的系統(tǒng)性能的要求和結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)。 圖13 制造公差可以最小化較高的相對成本 [ 3 ] 在收集足夠的基本知識，一個（智能）個體能夠進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，同時觀察他自己的行動和實(shí)體之間的后續(xù)反應(yīng)的因果關(guān)系，從而增加另外他的知識。由于手電筒的基本知識的情況下是點(diǎn)亮它可以與電池一起工作，光亮可以通過開關(guān)打開和關(guān)閉。該行動將轉(zhuǎn)向開關(guān)和反應(yīng)–改變光的狀態(tài)，從上到下或反之亦然。只要你能把每個開關(guān)的位置與狀態(tài)設(shè)計好–要么照明和非照明–你已經(jīng)學(xué)會使用開關(guān)（和手電筒）。現(xiàn)在假設(shè)你的一個朋友已經(jīng)與你，注視你的行動的所有時間。他也獲得了相同的知識，是嗎？是的，差不多：他知道哪位開關(guān)打開燈，但他不知道，例如，把開關(guān)需要多少的力量。重要的是你朋友的最新獲得的知識是通過實(shí)驗(yàn)獲得的被動，而你通過積極的嘗試獲得了相同的知識。在一般情況下，更多的知識，可通過活性比通過被動的嘗試。 經(jīng)過充分的試驗(yàn)出，獲得的知識達(dá)到一個點(diǎn)，個人是能夠控制的實(shí)體在一定程度上（參見圖8.8次，與域作為一個手電筒使用），使一些直接的目標(biāo)是可以達(dá)到的。例如，把燈打開或關(guān)閉，更換電池等。獲得的知識通常不會增加在控制中；相反，先驗(yàn)知識（例如，從舊的實(shí)驗(yàn)證實(shí)：增加）這樣的控制器，已知的命令可以把控制實(shí)體的某些狀態(tài)或防止它進(jìn)入不確定的狀態(tài)。只有一些未知的情況（如果我們繼續(xù)我們的心理實(shí)驗(yàn)與上面提到的手電筒），燈突然上不亮了，由于一個燒出來的燈泡–可以注冊為一個新的可能的狀態(tài)，從而增加輕微的領(lǐng)域知識。知識如何返回到一個已知的未知狀態(tài)的系統(tǒng)可以是失蹤或一般可–例如，壓制任何計算機(jī)復(fù)位按鈕，把它變成一個著名的狀態(tài)。因此，控制本身可以獲取新的知識只有通過間接–到未知的問題或情況，可解（只）通過試驗(yàn)。最后一個命題的提出了一個根本的問題：是否有可能通過心理實(shí)驗(yàn)獲得的知識？正面回答這個問題，將徹底改變了整個科學(xué)的許多實(shí)驗(yàn)中不必要的。什么是可能的確定是內(nèi)存搜索模式相似但已經(jīng)解決的問題，并嘗試從任何圖案，發(fā)現(xiàn)目前的問題/任務(wù)的解決方案。 因?yàn)樵谶@個階段的主要活動是觀察和實(shí)驗(yàn)活動，加上一些控制，這個階段的一個適當(dāng)?shù)拿Q是知識被動的使用。 從另一個角度來看，當(dāng)一個人注意到兩者之間的因果關(guān)系（類型的）他可以預(yù)測一些已知的先行者之后會發(fā)生什么事件發(fā)生。回到例子與手電筒：使用它足夠長的人應(yīng)該知道，在光照強(qiáng)度明顯降低，意味著末日來臨的電池的充電后，即它是可能的預(yù)測在不久的將來需要更換，并注意有電池在手邊。預(yù)測本身并不增加知識，但是當(dāng)它成為明確的預(yù)測是否是真或假，知識往往會增加3。 該階段的被動學(xué)習(xí)的最重要的成果，主動學(xué)習(xí)和知識的被動使用因果關(guān)系的確定在給定的域。獲取一個合理的因果聯(lián)系后（50–80%），就越能夠使用它們的額外知識更重要。我們稱這樣的知識活動和名稱的使用后，在學(xué)習(xí)過程中的最后階段。推理和更具體的技術(shù)，如使用感應(yīng)，在現(xiàn)有知識和信息的基礎(chǔ)上獲取新的知識約簡和演繹的是對知識的主動使用的典型例子。 圖14 詳細(xì)的錯誤預(yù)算是用來計算的設(shè)計裕量 圖15 一些常見典型性能的材料 電子柜暴露于沖擊載荷的大小。所要求的尺寸結(jié)構(gòu)成員加入剪切板可能會導(dǎo)致降低設(shè)備容量和較差的訪問。 制造和容忍所有的系統(tǒng)和產(chǎn)品，以最大限度地提高了仿真建模的性能最終必須生產(chǎn)和交付給客戶。因此，設(shè)計制造的一個關(guān)鍵問題是大多數(shù)硬件。 工程設(shè)計必須考慮的可制造性設(shè)計的開始。 有大量潛在的制造過程及零件的具體工藝的選擇必須早。成本，進(jìn)度，設(shè)計細(xì)節(jié)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且，最重要的是，這一決定鍵的公差。例如，鑄件提供許多零件的成本優(yōu)勢，但需要提前準(zhǔn)備的工具，需要拔模角度被設(shè)計成部分，并能降低性能較常用的鍛造合金。 所有的制造過程是主體性，這是從所需的尺寸為尺寸的變化。容忍的水平是一個函數(shù)的過程，設(shè)備的質(zhì)量，材料的選擇，以及人員管理技能。如圖7所示，制造成本增加迅速達(dá)到嚴(yán)格的公差。 絕對公差與制造工藝有很大的不同，但概念是一樣的。設(shè)計團(tuán)隊(duì)musttrade制造成本與公差和相關(guān)性能。 錯誤進(jìn)入建筑結(jié)構(gòu)制造，在整個裝配，測試序列。制造公差以上討論的是在仔細(xì)考慮設(shè)計的誤差預(yù)算只有一行項(xiàng)目。圖14顯示了一個典型的裝配一個樣本的誤差預(yù)算。 不相關(guān)的錯誤，這些錯誤發(fā)生彼此獨(dú)立的。該表顯示了一些典型的錯誤，包括制造公差，公差精度對準(zhǔn)目標(biāo)，運(yùn)營商，和分析預(yù)測誤差。設(shè)計團(tuán)隊(duì)有多種統(tǒng)計分析的抉擇。在這個例子中，峰值和我差誤差的計算。由于誤差是不相關(guān)的，一個和的平方根的分析可以使用，產(chǎn)生一個更現(xiàn)實(shí)的最壞情況下的預(yù)測。 許多項(xiàng)目小組未能提供高水平的客戶滿意度，由于在制造過程中遇到的問題。對這些問題可以追溯到球隊(duì)缺乏制造問題的考慮在設(shè)計的最初的根源，這是很常見的。 材料的選擇 硬件設(shè)計工程師，特別是電子和電磁系統(tǒng)，有眾多的物理性質(zhì)時要考慮材料的選擇。圖9顯示了不同性質(zhì)的交易時，必須設(shè)計射頻器件，天線罩等項(xiàng)目，和其他的專業(yè)電子。電的最佳材料不一定是最好最全面的材料。例如，聚四氟乙烯是一個了不起的介電材料，但具有結(jié)構(gòu)性能差。凱夫拉纖維具有很好的剛度和介電性能，但吸收水分，使其無法使用中的一些應(yīng)用。各種特殊材料是導(dǎo)熱系數(shù)，結(jié)合電子封裝中使用的膨脹系數(shù)，彈性模量。在這些設(shè)計的情況下，材料的選擇必須成為一個多學(xué)科的努力。 作者希望感謝他們的系統(tǒng)，電氣，和軟件的同事，他們已經(jīng)在過去的幾年中，包括那些在雷神公司，供應(yīng)商，和客戶的社區(qū)。這些設(shè)計合作者協(xié)助作者在學(xué)習(xí)如何流下來的系統(tǒng)要求為優(yōu)化雷達(dá)的硬件解決方案。 參考文獻(xiàn) [1] 半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會，國際半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展路線圖，2002更新。公司：奧斯汀，德克薩斯州，2002。 半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會，國際半導(dǎo)體技術(shù)，2003版。公司：奧斯叮，TX 2003。 [2] 美國陸軍阿伯丁試驗(yàn)中心，設(shè)施/能力導(dǎo)向，鏈接網(wǎng)頁： http://wwwaticA~y~mil/fac 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