基于Pro／E的公差分析在天线结构设计中的应用

传统观念认为产品质量是检验出来的，甚至有人简单地认为先进的生产线就可以生产好的产品，实际上有数据证明，产品生命周期中的前期设计对产品质量的影响最为关键，而前期结构设计中的公差设计往往又是影响产品质量的重要因素。正确的公差设计不仅是减少产品制造成本和返工成本的前提，更是大规模生产中提高产品质量的迫切需求。随着电子设备性能不断提高，机械加工的精度要求也随之增高，在这样的背景下，公差设计显得尤为重要，因此在产品结构设计时，必须对公差设计予以特别的重视。

通常，雷达电子产品结构较复杂，性能要求也越来越高。在传统的产品设计过程中，公差分配主要是依据经验设计，关于各个公差分配是否合理，设计师很难收稿 日期 ：2013-叭-22· 62·确定，更无法给出量化的判定指标∩见公差分析作为尺寸管理的核心，在整个产品开发过程中，起着越来越重要的作用。随着计算机辅助公差分析(CAT)方法的出现，控制手段进-步完善，可以从根本上解决开发设计过程中的尺寸问题，可以最大程度地减少后期的被动修改，在降低成本的同时加快产品投向市场的速度。本文通过介绍公差设计中的公差分析方法，采用基于 Pro/E的公差分析对产品装配的公差进行分析，并通过-个简单的实例说明该方法在天线产品设计中的应用。

1 公差设计公差设计 问题可以分为两类，-类是公差分析(又称正计算)，即已知组成环的尺寸和公差，确定装第29卷第2期 曹 俊：基于Pro/E的公差分析在天线结构设计中的应用 ·计算机应用技术 ·配后需要保证的封闭环公差；另-类是公差分配(又称反计算)，即已知装配尺寸和公差，求解组成环的经济合理公差。由于-般尺寸链由多个组成环组成，所以分配方案是多种多样的。公差分析的方法有极值法和统计公差方法两类，根据分布特性进行封闭环和组成环公差的分析方法称为统计公差法Ll 。

1.1 极值法极值法是指，当所有增环均为最大极限尺寸、所有减环均为最蝎限尺寸时，获得封闭环的最大极限尺寸；当所有增环均为最蝎限尺寸、所有减环均为最大极限尺寸时，获得封闭环的最蝎限尺寸oD。∑，hiDi (1)il式中：D0为封闭环基本尺寸；n为组成环的个数； 为第 个组成环的基本尺寸；A 为第 i个组成环的传递系数(增环时A 1，减环时Ai-1)。

∑ri (2) 1式中： 为封闭环的公差； 为第 i个组成环的公差。

极值法模型考虑的不是各个尺寸的统计分布，而是考虑这些尺寸不超过各 自的指定公差极限。从数学角度来说，模型假设所有公差尺寸都等于-个极限值，并进而产生极限累积情况。换言之，此模型可预测最大预期测量偏差。极值法公差要求可保证所有零件在装配和运转时均 100%可互换 ，而与实际的元件尺寸偏差和累积组合无关。极值法模型的主要缺点是，它通常要求各个元件的公差配合非臭密，这容易造成制造精度过高、检测过程费用昂贵、报废率居高不下。

1.2 统计法统计公差方法主要是指方和根法与修正的方和根法，由于蒙特卡罗模拟法、田口试验法和卷积法也是根据概率论与数理统计理论进行公差分析的，所以把它们也划分为统计公差方法 J。

统计法模型充分利用了统计学的原理，可以在兼顾质量的情况下放宽元件公差限制。每个元件的偏差均被建模为统计分布图(图 1)，这些分布加总后可预测装配测量的分布情况。因此，统计法分析可预测分布情况，可以描述装配测量偏差，但不能描述该偏差的极限值。利用此分析模型，设计人员可以设计出任何质量级别(不只是 100%)的产品，从而提高设计弹性。

叁 ：A 分布1 分布2 累积分布2 基于 Pr0/E的公差分析计算机辅助公差分析方法可以从根本上解决公差设计中主要依靠经验设计的问题。目前市场上已经有很多成熟的软件，软件虽然各不相同，但分析的思路和基本过程非秤近。由 CETOL Technology提供支持的Pro/E公差分析扩展是与 Pro/E Wild6re 4.0集成在-起的-款公差分析应用程序。执行公差分析时，公差分析扩展提供2种有本质区别的分析工具来预测装配测量偏差：极值法分析与统计法分析，本文重点介绍统计法分析的过程。Pro/E的公差分析工具提供了3种用于分析的分布类型：正态(高斯)分布、均匀分布和 Lambda分布。如果在测量定义中有浮动接 口，则分析结果可能会变成 Lambda分布。否则，结果始终是正态分布。

2.1 公差分析过程(1)定义测量参照由于 Pro/E提供的公差分析只能做尺寸相关的-维公差累积分析，因此选择测量参照是为了保证所选的几何形状必须构成有效的-维测量，也就是说 ，必须定义能产生明确结果的测量。

(2)定义尺寸链选择测量参照后，从 Pro/E模型中选取尺寸以定义尺寸链。选取的尺寸必须与测量方向平行，并定义- 个从第-测量参照到第-N量参照的-维尺寸链。

(3)公差分析结果界面由3个视图组成：测量表”、尺寸环布线图”、分析结果”。分析结果”视图有2个显示区，左侧区域显示测量的偏差图，偏差图可显示统计偏差图和根据尺寸环中指定的尺寸公差得出的测量最坏情况范围。

2.2 分析实例图2是某有源天线阵面结构示意图，对于天线阵面来说，各子阵天线单元间距的精度决定了天线的性能，通常电讯要求相邻天线单元间距的精度为±0.15 mm以上 。

进入公差分析拈，选择设计需要保证的尺寸精度±0.15 mm，依次选择尺寸链 ，并赋予通常的设计公· 63·