元件公差建模在PCB设计中的重要性

2019年11月20日

蓝色电路原理图与组件映射

宽容是任何先进社会的支柱;它现在就像人类历史开始时一样。人们对任何特定行为的容忍限度是想象中的障碍，战争不可避免地在这个障碍中发动。宽容也是我们国家能够存活200多年的原因。

就像大自然需要宽容来保持微妙的生态系统平衡一样，PCB设计师也需要设计和做出准确的设计决策。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，这是一个既定的事实。

此外，每一种设计，无论其复杂性如何，在实际构建方面都需要相同的东西:组件。因此，理解您的设计的构建块(组件)的公差是至关重要的。这反过来又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的变量，以实现适当的功能。它也等同于组件参数的下限和上限维度之间的差值。组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，设计人员或制造商试图确保电路板组件能够承受并成功地发挥其预期的作用。

作为一个整体，任何由机械部件或电子元件制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，最终成为功能产品。

无论部件是物理移动还是通过信号传输，每个部件都与其他部件有关系。性能水平以及功能本身都取决于这些组件如何协调地运行。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。

什么是元件公差建模?

我相信你已经意识到，单个元件的公差对整体电路性能有很大的影响。因此，量化单个组件如何与输出性能测量直接相关的需求和能力对于设计和组装过程至关重要。

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、装配工艺和产品就越精确。

这就是为什么零件公差建模是设计和制造过程的基本组成部分。

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，我通过哥哥姐姐拒绝遵守她的指导，间接地看到了她指导的真正意义的深度。如果你从事的是制造行业，那么公差是设计和制造之间的桥梁，你不应该烧掉它。

每个制造商都想保持产品的高质量。然而，有时这些水平对制造商来说代价高昂。尤其是当制造商正在努力实现零容忍的时候。因此，公差分析(建模)如此重要的主要原因之一是，它有助于在不牺牲质量的情况下降低制造成本。

例如，如果您使用的是基于卫星的互联网，那么在浏览网页时容忍1/2秒的延迟是完全可以接受的。然而，如果你试图玩《Madden 20》的在线比赛，同样的容忍度是不可接受的。总而言之，(游戏内的)延迟和延迟会阻止你玩游戏。

根据经验，您的公差要求越精确，生产产品的成本就越高。因此，组件公差建模使制造商能够在生产中实现最佳性能和经济可行性之间的平衡。

组件堆

找出你的零件公差对于有效的生产运行是必要的

公差叠加

宽容是生活中不可避免的事实，你无法避免。在制造过程中，有必要将材料分为两组:组件和子组件。无论最终产品是什么，这些组件都需要相互交互以实现所需的功能。唉，一旦你把零件分开以适应组装，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，这些组件中的每一个都会带来自己的公差限制。这种可变性通常指的是所谓的容差叠加。综上所述，公差叠加是不同公差的叠加效应。可以想象，如果没有正确处理和管理，公差堆积可能会导致有害的功能和制造问题。

一般来说，公差叠加是通过估计特定尺寸和公差允许的累积变化的影响来描述问题解决过程的。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差情况容差分析。

在统计分析模型中，利用统计学原理，在不牺牲质量的前提下放宽构件公差。每个组件的变化都被建模为一个统计分布，这些分布被求和以预测测量或结果的交付。因此，统计变异分析预测的是描述装配变异的分布，而不是该变异的极值。该分析模型允许设计师设计任何质量级别，而不仅仅是100%，从而增加了设计的灵活性。

在最差情况公差分析模型方面，采用传统的公差叠加计算方法。它取单个变量，并将它们置于公差极限，以使测量值尽可能大或尽可能小。最坏情况容差分析模型不考虑不同变量的交付，而是考虑这些变化没有超过各自指定的限制。最差情况公差模型还预测了测量的最大期望变化。因此，当设计到最坏的公差要求时，它保证100%的组件将正常工作和组装，而不管实际组件的变化。

注:主要缺点是最坏情况分析模型通常要求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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