|
武曄卿 工程師喜歡強調經驗，經驗固然不錯，但江湖也流傳著一句話“經驗主義害死人阿”。每條成功的經驗必然有其特定的背景和環境條件，比如輸入的信號和電源、輸出所帶的負載、所處的電磁環境、接地布線的方式、所處的溫度環境、源端匹配電路的輸出阻抗、負載匹配電路的輸入阻抗等等等等，這些個些微的不同，對電路的分布參數、參數漂移、精度匹配都會提出新的不同的要求，照搬過去的設計，恰如30年后，當年情深意重的男女，很多都已經變了，還能回得到過去嗎？ 但數學不同，它可以計算這些所有因素的影響，真正做到秀才不出門，便知天下事。曾經接觸一位深圳的客戶，光耦的數據傳輸偶有丟數據的現象。從信號完整性上分析、從EMC上考慮，始終未解決。后來拿到電路原理圖，做了一個簡單計算，確認源端的限流電阻阻值偏大，如果真要大到信號完全失真的情況，這問題倒可能好被查出來了。問題是此電阻的最大負誤差臨近時，才會使接收端的信號幅值在高電平VHmin高一丁點，所以就出現了偶爾失真的情況。后建議伊去測一下光耦輸出端的波形質量，然后把波形發給我看加以確認。果不其然。 另一次，某海上試驗項目，幾條船和岸上的通訊項目，通過微波+船載穩定跟蹤平臺，實現船上天線與岸上制高點天線之間的通信聯絡，但對船駛出的海域距離有較大的一個要求，投標進行時，幾家單位紛紛拿出自己做過的各種設備系統戰績，紛紛拋出預算，一副志在必得的態勢。我方拿出的方案只有一本工程計算書，從數學推理上證明：在這樣一個海域距離要求下，考慮地面實測制高點的海拔高度，考慮海域球面的彎曲，考慮水面對電磁波反射的多路徑效應，考慮船的搖擺最糟糕的情況，綜合推理出此項目不成立，做出來的東西不可能達到預期的技術要求。評標氣氛尷尬至極，啞火了。后來，無限期推遲此項目修改需求，我單位兵不血刃的拿下此項目，因為是我們幫他制定了方案預期目標。 再一次，是一個流體驅動的測試設備，立項方技術人員做了半年多的策劃和選型，想做該領域的全世界第一臺樣機。但一直關鍵件選型沒找到合適的。被朋友拉去參與此項目討論，用數學公式粗略推導后，通過偏微分計算對傳感器和驅動裝置進行精度誤差分配，分配后發現，傳感器的量程和精度要求是矛盾的，電機的扭矩和轉速是矛盾的，也就是說按照該方案，原理上可行，關鍵測控和執行器件，工業制造商實現不了。后來改成了雙系統分段并聯的原理方式，此項目險已有十余套進入正常服役。 以上有關工程與數學的案例可以總結成一句話“理論上通過的，實踐上未必通的過；理論上通不過的，實踐上一定通不過。”這里的理論就是“工程計算方法”。后來逐漸的對此發生了興趣，凡事開始了算一算的工作習慣，逐漸發現，普通的加減乘除、簡單的微積分、三角函數運算、解析幾何、復變函數、拉氏變換、傅立葉變換、Z變換、偏微分、概率論與數理統計，都已經被我用在了電路系統的技術工作中。雖然用到的知識點種類不少，但涉及到的技術難度并不高。目前還未被用到是的雙重曲面積分計算和立體幾何，想來在建筑等行業應該用的上吧。 我曾經總結過一句話： “如果一個工程師能把數學與電子結合好了，他就會成為一位頂級的工程師； 如果一個女人把經濟學與生活結合好了，她就會成為一位頂級的家庭主婦”。 后者是否正確未被驗證過，因為我身邊的女人總是率性的生活，根本不研究任何的經濟學規律。但前者確實是被驗證了。工程計算仍然是不可多得的好方法，它可以讓我們秀才不出門，便知天下事，帷幄之中，便可預測設計之結果。并能幫助我們找到問題的關鍵點、量化的風險和余量。最近在給幾家客戶單位的技術輔導審核中，已經充分驗證了這是工程設計的基礎方法論。 不計算，即使好也不知有多好，即使壞，也不知有多大風險。可惜的是很多工程師，甚至包括比較老的工程師，都在強調所謂的設計經驗，過去合適的參數選型和典型電路，換在當下，即使能用，或許已在超標崩潰的邊緣。不計算，則如盲人騎瞎馬，夜半臨深池。 常見的需要計算的地方有： 1、工程計算基礎 1.1 過渡過程及超調對輸入端器件的影響 1.2 降額通用要求 1.3 Datasheet的應用 1.4 系統失效率與可靠性串并聯模型 1.5 電子系統可靠性量化評估方法 1.6 系統精度分配方法 1.7 阻抗連續 1.8 機械電子嵌入式軟件的失效率規律與特性 1.9 應力條件的（應力變化率、組合應力、器件環境條件） 1.10 可靠性設計三階段（系統設計、功能設計、容差設計） 1.11 建立一致性 2、工程計算與器件選型 2.1 電阻選型計算：電阻的固有特性、上拉電阻、下拉電阻、限流電阻、分壓電阻、阻抗匹配電阻的選型計算 2.2 電容選型計算：電容的固有特性與寄生參數、退耦電容、儲能電容、安規電容、隔直電容、濾波電容的選型計算 2.3 電感選型計算 2.4 晶振及振蕩電路選型計算 2.5 散熱器件：整機散熱計算、散熱片、風扇、半導體致冷片散熱選型計算 2.6 光電器件選型計算：光耦、發光二極管、數碼管選型計算 2.7 導線與接插件選型計算 2.8 保護器件選型計算：保險絲、TVS管、壓敏電阻、高壓放電管選型計算 2.9 濾波器件選型計算：濾波器件特性、濾波電路設計計算、濾波器、濾波電容、磁珠磁環、電感選型計算 2.10 PCB板選型：PCB板特性及PCB設計計算 2.11 數字IC器件選型計算：數字IC特性（結溫、響應時間、帶載能力、溫漂、閾值、時序要求）、MCU、存儲類器件、邏輯器件的選型計算 2.12 模擬IC器件選型計算：AD、運放、放大器件的選型計算 2.13 電源模塊選型計算：電壓轉換器件、電源模塊、變壓器選型計算及設計應用方法 2.14 開關類器件：開關類器件的特性、開關管、繼電器選型計算 2.15 二極管三極管：二極管和三極管特性、三極管、二極管選型計算 2.16 電控機械器件：電機特性、電機選型計算 2.17 軟件類：存儲空間、中斷or查詢選擇、界面設計、時序、運算執行時間的計算 2.18 可維修性評估：量化評估指標和試驗方法 2.19 其它：按鍵、揚聲器的選型方法和計算 實在想呼吁一件事情，給大學教基礎數學課的老師們，第一堂課上，不要講概念，而是把這門學科中的知識對實踐中的哪點需要和作用講出來，這樣，聽課的人開始就會知道我們學的原因是因為什么。有句話“興趣和需要是最好的老師”，對枯燥的數學有興趣的不多，剩下的就只有需要了。當年我也很煩數學，但如今，數學之美已深入到工作生活的每個角落，當enjoy這些的時候，計算將不再是精神的負擔，它對我們工作效果的影響將會變得美輪美奐、無與倫比。 在航天系統時與一位老專家做助理，每遇到技術問題，介老先生的口頭禪就是“別著（zhuo）急，讓我算（san）一算（san）”。就是這san一san的山東口音，影響了我后半生的技術生涯。看樣子，這種影響還將持續下去，直到終老… |
