卷首语

【画面：1975年秋，实验室工作台两端并排放置着两台设备——左侧是笨重的初代加密传信机（约20x15），右侧是小型化改造后的原型机（仅10x15x8）；张工用手掂起两者对比，初代机沉甸甸压弯手腕，小型机则轻盈易握，示波器屏幕上两者的信号波形同样稳定。字幕：“从‘搬不动’到‘随身带’，小型化改造不是简单的尺寸缩减，而是对技术、结构、功能的全面重构——为加密传信设备走进狭窄矿井、融入单兵装备打开了大门。”】

一、小型化改造需求溯源：实战场景的迫切驱动

【历史影像：1975年《设备实战反馈汇总》油印稿，密密麻麻记录着部队和矿山的建议：“矿井巷道狭窄，设备太大无法转身”“单兵携带时重量超标，影响机动”；档案柜里，1974年边防部队提交的《野外装备负重报告》显示，初代设备（3.5kg）占单兵负重的15%，超出合理范围。画外音：“1975年《军用便携装备设计规范》要求：野外通信设备重量需≤2kg，体积≤15003，以适配单兵和狭窄空间使用。”】

场景适配需求：矿井巷道宽度仅1.5-2，初代设备因体积过大（20），在弯道处难以架设；边防巡逻时，设备需装入背包携带，初代重量（3.5kg）导致士兵负重超标，明确“减重至2kg以内、体积缩减40%”的核心目标。

机动性能需求：野战部队强调“动中通信”，初代设备需固定架设（耗时5分钟），无法满足快速转移需求，要求改造后实现“1分钟快速架设”，支持边走边传的机动场景。

环境适配延伸：矿井高湿、粉尘环境要求设备密封性更强（初代防护等级Ip54），需提升至Ip65，同时小型化后需保持散热性能，避免因空间狭小导致过热死机。

多场景兼容需求：改造后需同时适配矿井、边防、野战三大场景，不能因小型化牺牲核心性能（如传输距离、加密强度），需平衡“便携性”与“实用性”。

量产成本需求：小型化改造需控制成本增幅（不超过20%），采用国内可量产的元器件和工艺，避免因技术复杂导致量产困难，确保基层部队和矿山能大规模列装。

二、小型化改造方案设计：技术路径的系统规划

【场景重现：设计会议室黑板上，李工用粉笔画出“小型化改造三维路径”：材料轻量化、结构集成化、元器件小型化；旁边标注着关键指标：重量2kg、体积12003、防护Ip65；团队成员围绕“是否保留示波器显示屏”展开讨论，最终确定“实战场景用LEd指示灯替代，调试场景外接显示屏”的折中方案。历史录音：“小型化不是‘砍功能’，而是‘巧整合’——把三个模块的功能，塞进一个模块的空间里！”】

材料替代方案：外壳从冷轧钢板（厚度1.5）改为铝合金板材（厚度1），同时采用压铸工艺一体成型，重量减轻30%，强度仍满足1跌落测试要求；内部支架用工程塑料（AbS）替代金属，进一步减重15%。

结构集成方案：将初代“发生器-编码器-电源”三个分立模块，集成为“一体化主机”（10x15x8），取消模块间连接线，体积从36003缩减至12003，同时缩短架设时间。

元器件选型方案：选用小型化元器件：将直径10的普通电容替换为5贴片电容，体积缩小50%；采用扁平式电机（厚度8）替代圆柱形电机（厚度15），适配集成结构。

功能取舍方案：取消初代自带的示波器显示屏（占体积20%），改为“LEd指示灯+外接接口”设计：实战时通过指示灯判断工作状态，调试时外接便携式示波器，兼顾便携性与可维护性。

防护升级方案：采用“密封圈+防水接头”设计，外壳接缝处加装硅胶密封圈（直径2），接口采用防水航空插头，防护等级从Ip54提升至Ip65，满足矿井高湿、粉尘环境需求。

三、材料轻量化升级：减重与强度的平衡

【画面：材料测试台，王工用拉力试验机测试不同厚度铝合金的强度：1厚铝合金抗拉强度达200pa，满足设备外壳要求；旁边的天平上，铝合金外壳（150g）比原钢板外壳（300g）轻一半；桌面上摆放着不同材质的内部支架样品，AbS塑料支架（50g）比金属支架（120g）减重58%。档案资料：《材料轻量化测试报告》记录了5种材料的重量、强度、成本对比数据。】

外壳材料替换：核心采用5A06防锈铝合金（军工常用材料），厚度1，通过压铸工艺一体成型，替代原1.5冷轧钢板：重量从300g降至150g（减重50%），同时防锈性能提升，适应矿井潮湿环境。

内部结构材料优化：内部电路板支架、电机固定架采用AbS工程塑料（添加玻纤增强），强度接近金属，重量从120g降至50g；导线采用镀银铜芯线（直径0.5）替代普通铜线（直径0.8），减重20%且导电性能更优。

材料工艺改进：铝合金外壳采用“表面阳极氧化”处理，形成5μ氧化层，耐磨性提升3倍，避免野外使用时刮擦损坏；塑料支架采用注塑成型，精度误差控制在±0.1，确保元器件安装贴合。

强度验证测试：对铝合金外壳开展1跌落测试（水泥地面），外壳无变形、接缝无开裂；10kg静压力测试（模拟人员踩踏），内部电路板无损坏，证明轻量化材料满足强度需求。

成本控制：5A06铝合金价格与冷轧钢板接近，AbS塑料成本仅为金属的1\/3，整体材料成本增幅控制在10%以内，符合量产成本要求。

四、结构集成化重构：空间利用的极致优化

【历史影像：1975年结构设计图纸上，初代设备的三个模块呈“品”字形排列，连接线杂乱；改造后的图纸上，电机、编码器、电源呈“层叠式”布局，电路板嵌入外壳凹槽，空间利用率从40%提升至70%；技术员用泡沫制作的结构模型，直观展示各部件的装配关系。】

层叠式布局设计：将发生器的电机（底层）、编码器的逻辑电路（中层）、电源模块（顶层）采用层叠式排列，垂直方向利用空间，水平尺寸从20缩减至10x15，体积缩减60%。

一体化外壳设计：外壳采用“上下盖扣合”结构，取消初代的分体式箱体，内部预留电路板卡槽、电机固定柱，无需额外支架，装配步骤从15步减至8步，生产效率提升50%。

接口集中布局：将电源接口、拾震器接口、外接调试接口集中布置在外壳一侧（宽度5区域），避免接口分散导致的空间浪费，同时便于单手操作插拔。

可折叠部件设计：拾震器支架改为可折叠结构（展开长度15，折叠后5），收纳时嵌入设备侧面凹槽，无需单独携带；发生器敲击头采用伸缩式设计（伸出长度8，缩回4），进一步节省空间。

散热结构优化：在铝合金外壳侧面设计密集散热孔（直径2，数量50个），内部电机上方加装小型散热片（铝合金材质），通过空气对流散热，解决小型化后的散热难题，连续工作2小时外壳温度≤45c。

五、元器件小型化选型：核心部件的迭代适配

【场景重现：元器件筛选台，张工用放大镜对比两种晶体管：初代3Ax31c（体积10x5）和新型3Ax81（体积6x3），两者性能相近但体积缩小60%；旁边的测试板上，贴片电容（5x3）替代了初代的插件电容（10x5），电路板面积从1002缩减至502。历史录音：“元器件选对了，小型化就成功了一半——性能不能降，体积必须小！”】

核心器件升级：将加密逻辑电路的晶体管从3Ax31c（分立元件）替换为3Ax81（超小型封装），体积缩小60%，功耗降低20%；采用oS集成芯片（如cd4011）替代多个分立晶体管，电路集成度提升5倍，电路板面积缩减50%。

电源模块小型化：将初代的线性电源（体积10x8）改为开关电源（体积5x5），效率从60%提升至85%，同时重量从200g降至80g；电池采用

锂电池组（容量2000Ah）替代1号干电池，体积缩小40%，续航延长至8小时。

电机与传动小型化：选用扁平式微型电机（直径20，厚度8）替代初代圆柱形电机（直径25，厚度15），重量从100g降至50g；传动机构用塑料齿轮（模数0.5）替代金属齿轮（模数1.0），进一步减重20%。

传感器小型化：拾震器从电磁感应式（体积8x5）改为压电式（体积4x3），重量从60g降至20g，灵敏度提升30%，更易贴合铁轨表面。

显示与控制元件优化：用8个LEd指示灯（直径3）替代初代的指针式仪表（体积5x5），显示设备工作状态（电源、加密、传输）；控制按钮从机械旋钮改为轻触按键（直径6），节省面板空间。

六、加密与传输性能保留：小型化不牺牲核心功能