如何確定產(chǎn)品的可靠性要求

1、確定產(chǎn)品的可靠性要求于曉偉 曾天翔編譯譯者注：本文作者是美國(guó)可靠性分析中心高級(jí)工程師發(fā)表在該中心START VO1.12.N.3上的一篇文章，較詳細(xì)闡述了產(chǎn)品可靠性要求確定的程序與方法，較有參考價(jià)值，我們對(duì)部分內(nèi)容作了剪裁，以便于讀者閱讀。1、引言有時(shí)客戶對(duì)供應(yīng)商提出產(chǎn)品明確的可靠性要求。但有時(shí)則不然，供應(yīng)商必須首先確定客戶提出的可靠性要求是否現(xiàn)實(shí)或者是否可達(dá)到，然后將其轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)要求。 還有一種經(jīng)常發(fā)生的情況，尤其在消費(fèi)產(chǎn)品中， 客戶不明確指定可靠性要求，此時(shí)，就需要供應(yīng)商自己運(yùn)用各種方法來(lái)建立產(chǎn)品的可靠性要求。表1概括了這幾種典型的情況。就像圖1所示，確定產(chǎn)品和系統(tǒng)的可靠性要求是一個(gè)多步驟

2、的過(guò)程。表2列出了該過(guò) 程一些通用的工作項(xiàng)目。 在確定可靠性水平時(shí)， 該過(guò)程的每一個(gè)步驟都是很重要的， 因?yàn)榭?靠性水平將決定為滿足客戶需求和期望所必須的針對(duì)設(shè)計(jì)的工作項(xiàng)目范圍。本文以下部分將討論關(guān)于有效完成這些步驟的典型可靠性工作項(xiàng)目。表1客戶的可靠性要求情況（錄自參考文獻(xiàn)1）客戶的可靠性要求方案描述應(yīng)用指導(dǎo)明確表達(dá)客戶的技術(shù)要求中包括定量的可 靠性要求（例：可靠度，平均故 障間隔時(shí)間等）這些指定的可靠性數(shù)值可能需要 考慮到超出供應(yīng)商控制的故障因 素而進(jìn)行調(diào)整，即：將用戶要求 轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)目標(biāo)含國(guó)表達(dá)客戶的技術(shù)要求中包括使客戶滿 意的達(dá)到指定水平可靠性的產(chǎn)品 特性（例：壽命周期費(fèi)用，保障 費(fèi)用

3、，維修人力，和保證條款等）根據(jù)所描述的產(chǎn)品特性要求導(dǎo)出 可靠性要求，此過(guò)程基于已知的 或假設(shè)的特性之間關(guān)系來(lái)進(jìn)行， 經(jīng)常取權(quán)衡研究。沒(méi)有表達(dá)經(jīng)常是對(duì)商用廣品而言。供應(yīng)商 必須“預(yù)先考慮”其產(chǎn)品投放市 場(chǎng)后對(duì)可靠性的要求和定位。承 制商PJPJ能有也可能沒(méi)有相似廣品 或競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品可靠性的數(shù)據(jù)。經(jīng)常用市場(chǎng)調(diào)查，質(zhì)量功能展開， 基準(zhǔn)比較法等方法。供應(yīng)商可根 據(jù)已有廣品數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)自己廣品進(jìn) 行可靠性要求的“定位”，此因素 經(jīng)常成為兄爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。確定客戶需求*導(dǎo)出客戶可靠性要求導(dǎo)出產(chǎn)品級(jí)可靠性設(shè)計(jì)要求將產(chǎn)品級(jí)可靠性要求分配到更低級(jí)零部件圖1可靠性要求確定過(guò)程表2有關(guān)確定可靠性目標(biāo)和要求的活動(dòng)活動(dòng)工作項(xiàng)目和描述與

4、達(dá)到目的的關(guān)系設(shè)計(jì)環(huán)境特性：確定產(chǎn)品預(yù)期能承受的工作應(yīng)力用來(lái)確定產(chǎn)品使用期內(nèi)經(jīng)受的終端 使用環(huán)境范圍及等級(jí)的過(guò)程。常用來(lái) 確定基于性能的可靠性要求。容錯(cuò)能力：設(shè)計(jì)的備用手段以備零 部件故障時(shí)仍保持產(chǎn)品繼續(xù)運(yùn)行故障遮敝技術(shù)的運(yùn)用考慮允許提局 產(chǎn)品任務(wù)可靠性目標(biāo)，但降低了基本 可靠性。分析分配:將產(chǎn)品級(jí)可靠性目標(biāo)和要求 轉(zhuǎn)化為其組成零部件的可靠性目標(biāo) 和要求?；趶?fù)雜性、零部件數(shù)量等因素，由 產(chǎn)品級(jí)可靠性要求建立低級(jí)組件可 靠性要求。它提供了一種檢查可靠性 要求是否實(shí)現(xiàn)的有效方法。非運(yùn)行狀況分析：確定產(chǎn)品預(yù)定儲(chǔ) 存或其他非運(yùn)行狀態(tài)對(duì)產(chǎn)品可靠性 方面的影響。計(jì)算出產(chǎn)品使用期內(nèi)產(chǎn)品所遇到的 非運(yùn)行時(shí)間

5、和備用狀態(tài)，以便建立和 了解特殊的設(shè)計(jì)要求和它們對(duì)產(chǎn)品 的影響。耐久性評(píng)估：確定產(chǎn)品在期望壽命 內(nèi)是否保持足夠的機(jī)械強(qiáng)度用來(lái)確定產(chǎn)品的極限壽命狀況。為制 定修理策略要求和產(chǎn)品升級(jí)制定計(jì) 劃提供一種有效方法。壽命周期規(guī)劃：通過(guò)考慮影響廣品 的期望使用壽命的因素來(lái)確定可靠 性（和其他）要求。確定壽命周期內(nèi)所有組成部分目標(biāo) 的過(guò)程。考慮每階段可靠性水平和壽 命終止計(jì)劃。此過(guò)程受修理策略和產(chǎn) 品耐久性的影響很大。建模和仿真：,通常是用圖示或數(shù)學(xué) 方式建立模型，來(lái)評(píng)估產(chǎn)品的預(yù)期 可靠性，并通過(guò)仿真確認(rèn)選擇的模 型。一種建立能分配到更低組件級(jí)的有 意義的可靠性要求的方法。它能提供 確定合適容錯(cuò)程度的方法并

6、了解產(chǎn) 品單元故障對(duì)產(chǎn)品的影響。預(yù)計(jì):從可得到的設(shè)計(jì)、分析、試 驗(yàn)數(shù)據(jù)或相似產(chǎn)品數(shù)據(jù)來(lái)估算可靠 性。此方法用來(lái)估計(jì)潛在的硬件和軟件 可靠性的目標(biāo)和要求能否實(shí)現(xiàn)。能顯 示谷錯(cuò)氾圍以判7E7E是否適合更局的 可靠性要求熱分析：分析熱耗散，傳熱途徑，和冷卻源來(lái)確定零部件 /產(chǎn)品溫度 與可靠性要求是否一致。分析確定預(yù)期設(shè)計(jì)的可靠性要求與 熱的使用環(huán)境之間的關(guān)系來(lái)建立可 靠性要求。轉(zhuǎn)換:從用戶對(duì)產(chǎn)品的使用要求出 發(fā)，確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)（即產(chǎn)品可 靠性）。將客戶和用戶提出的基于性能的要 求轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性目標(biāo)和 要求。其他基準(zhǔn)比較法：將供應(yīng)商的產(chǎn)品和性 能特征與競(jìng)爭(zhēng)廣品或從任何供應(yīng)商 獲得的可比項(xiàng)目的

7、最好性能進(jìn)行比 較依據(jù)出靠性來(lái)確立競(jìng)爭(zhēng)地位。在可靠 性基礎(chǔ)上，確TETE有兄爭(zhēng)力廣品所需的 可靠性目標(biāo)。質(zhì)量功能展開（QFDQFD）:搜集用戶意 愿并將其轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)要求，然后，轉(zhuǎn)換成產(chǎn)品開發(fā)計(jì)劃中所需的工作 項(xiàng)目。理解客戶需求，提供確TETE可罪性TETE重 目標(biāo)有效滿足目標(biāo)要求的工作項(xiàng)目 的一種技術(shù)。市場(chǎng)調(diào)查：確定潛在客戶的需求狀 況，客戶對(duì)潛在廣品的反應(yīng)狀況，和對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的滿意程度。確定客戶需求和期望以作為開發(fā)供 應(yīng)商產(chǎn)品目標(biāo)輸入的基本方法。2、確定客戶的產(chǎn)品需求許多客戶，象普通大眾，不會(huì)明確指定他們對(duì)產(chǎn)品的具體需求，尤其是可靠性方面。而 其他產(chǎn)品的一些客戶可能非常明確地指定可靠性要求。當(dāng)

8、客戶不明確指定產(chǎn)品的可靠性要求時(shí)，供應(yīng)商就需要運(yùn)用各種方法來(lái)進(jìn)行確定。確定用戶需求是導(dǎo)出使用的性能可靠性要求和后續(xù)設(shè)計(jì)要求的基本前提。如果設(shè)計(jì)達(dá)不到這些需求，產(chǎn)品在市場(chǎng)領(lǐng)域?qū)⒉粫?huì)成功?？蛻粜枨蟊仨毤霸绱_定， 一般在產(chǎn)品研制過(guò)程的方案/規(guī)劃階段，即在時(shí)間和資源大規(guī)模投入之前。客戶需求是導(dǎo)出性能可靠性要求的先決 條件。而可靠性要求，又是確定設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)，必須在任何設(shè)計(jì)和研制階段開始之前確定。 確定客戶需求可能用到以下幾種方法。市場(chǎng)調(diào)查：經(jīng)常用市場(chǎng)調(diào)查法來(lái)了解客戶對(duì)新產(chǎn)品或改進(jìn)產(chǎn)品的要求和需求狀況。客戶能從產(chǎn)品的基本功能到普通夕卜觀提出所期盼的特點(diǎn)和特性。了解客戶需求，最好的方法就是征詢客戶意見(jiàn)。

9、當(dāng)然，市場(chǎng)調(diào)查也會(huì)受到一些偏見(jiàn)和抽樣誤差的影響，周密計(jì)劃的工作將消除這些影響。市場(chǎng)調(diào)查通常在方案/規(guī)劃階段進(jìn)行，但是，當(dāng)?shù)玫疆a(chǎn)品的設(shè)計(jì)樣品后，也可用不同于 方案/規(guī)劃階段的方式來(lái)進(jìn)行調(diào)查。在這種情況下，被調(diào)查的客戶可能及時(shí)提供喜歡還是不喜歡的真實(shí)反饋意見(jiàn)，以便在產(chǎn)品全面研制階段之前進(jìn)行改進(jìn)?；鶞?zhǔn)比較法：（參考文獻(xiàn)2）基準(zhǔn)比較法是一個(gè)先導(dǎo)過(guò)程，它用來(lái)將本公司的產(chǎn)品、服 務(wù)、過(guò)程與被認(rèn)為是一流的機(jī)構(gòu)或最有力的競(jìng)爭(zhēng)者的這些項(xiàng)目進(jìn)行比較。其目的就是對(duì)產(chǎn)品、服務(wù)、過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)，以便趕上或超過(guò)競(jìng)爭(zhēng)者。通過(guò)比較，使供應(yīng)商更加了解市場(chǎng)需求，以 便在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于不敗之地。注意，如果僅僅靠一個(gè)過(guò)程，比如入庫(kù)，或

10、者一個(gè)服務(wù)，比 如維修，在同類中做得最好，可能并不能贏得競(jìng)爭(zhēng)。針對(duì)某一產(chǎn)品，用基準(zhǔn)比較法可以幫助公司了解產(chǎn)品性能水平，包括一流產(chǎn)品的可靠性水平。理論上，對(duì)這些產(chǎn)品性能水平的處理應(yīng)放在產(chǎn)品規(guī)劃之前，起始于產(chǎn)品開發(fā)的方案/規(guī)劃階段。通常，公司為了與競(jìng)爭(zhēng)者的產(chǎn)品進(jìn)行比較，會(huì)購(gòu)買此產(chǎn)品的樣品進(jìn)行消耗性試驗(yàn)。進(jìn)行試驗(yàn)的目的是為了確定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特性，包括材料選擇，設(shè)計(jì)范圍和公差，設(shè)計(jì)方法， 和可能的制造和裝配方法。通過(guò)試驗(yàn)可幫助公司了解產(chǎn)品的工作特性和性能水平。相對(duì)于一流產(chǎn)品，公司必須決定是否嘗試進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)，趕超，還是設(shè)計(jì)成稍低于其性能的產(chǎn)品。如果作出第一種選擇，一流產(chǎn)品的可靠性將作為最低要求。如果管理者認(rèn)

11、為產(chǎn)品可靠性水平與一流產(chǎn)品差不多，但是產(chǎn)品成本較低，以此來(lái)有效擴(kuò)大市場(chǎng)份額的話，那將選擇后一種方案?；鶞?zhǔn)比較法不但適用于確定產(chǎn)品級(jí)可靠性要求，而且也適應(yīng)于確定較低級(jí)部件可靠性要求。另外，它還可以指導(dǎo)制定制造、裝配和其他提高產(chǎn)品性能、降低總費(fèi)用的商業(yè)管理行為 的具體要求。環(huán)境特征描述：環(huán)境特征描述用來(lái)確定客戶將產(chǎn)品投入使用后產(chǎn)品所承受的工作和環(huán)境 應(yīng)力。如果對(duì)產(chǎn)品所承受的應(yīng)力不清楚，那么所定的可靠性目標(biāo)，不管是明確的還是隱含的，都沒(méi)有意義。例如，某一產(chǎn)品在客戶家里使用，具有500小時(shí)MTBF（平均故障間隔時(shí)間），但在環(huán)境應(yīng)力較大的汽車?yán)锸褂?，卻只有200小時(shí)的MTBF。環(huán)境狀況的確定應(yīng)放在產(chǎn)品的

12、方案/設(shè)計(jì)早期階段。環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)影響的其他信息參看參考文獻(xiàn)3。在高層次產(chǎn)品中，環(huán)境可以表述為地面環(huán)境、移動(dòng)環(huán)境、機(jī)載環(huán)境、空間環(huán)境等。但這 只能大致提供產(chǎn)品所受應(yīng)力范圍的嚴(yán)酷情況。在設(shè)計(jì)過(guò)程開始的時(shí)候，需要知道更詳細(xì)的信息。對(duì)于許多惡劣環(huán)境，使用儀器設(shè)備來(lái)測(cè)量期望的應(yīng)力水平比較合適。例如，可用時(shí)間應(yīng)力測(cè)量裝置測(cè)量和記錄象溫度、濕度、沖擊、振動(dòng)、和動(dòng)力所導(dǎo)致的應(yīng)力。壽命周期規(guī)劃：壽命周期計(jì)劃制定產(chǎn)品壽命周期里每個(gè)階段的可靠性。它致力于研究開發(fā)一個(gè)成熟產(chǎn)品各個(gè)階段所考慮的問(wèn)題，經(jīng)常包括產(chǎn)品的處置。 它對(duì)產(chǎn)品使用壽命內(nèi)專門時(shí)期包括運(yùn)輸、儲(chǔ)存（shelf life ）和運(yùn)行等作出計(jì)劃安排。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行

13、計(jì)劃和設(shè)計(jì)，使其在各 個(gè)時(shí)期所承受的應(yīng)力下不會(huì)失效。壽命周期規(guī)劃注重壽命周期的各個(gè)階段，以及災(zāi)難性故障和磨損故障。在產(chǎn)品壽命周期內(nèi)，方案/規(guī)劃階段是建立表征不同應(yīng)力特征的可靠性目標(biāo)和要求的時(shí)段。產(chǎn)品在任何時(shí)間（象運(yùn)輸、儲(chǔ)存、運(yùn)行）都會(huì)承受應(yīng)力，都有發(fā)生故障的可能。有時(shí)， 產(chǎn)品在非工作時(shí)間遇到的應(yīng)力比工作時(shí)的所遇應(yīng)力危害還要大。從機(jī)械的觀點(diǎn)出發(fā)，產(chǎn)品工作環(huán)境越好，運(yùn)輸此產(chǎn)品就需要越廣泛的保護(hù)。許多產(chǎn)品在儲(chǔ)藏期易受潮，因而，需要用干燥劑來(lái)包裝。在計(jì)劃和確定產(chǎn)品合適的可靠性目標(biāo)和要求時(shí)，都要考慮到以上的這些因素。3、客戶的性能可靠性要求：根據(jù)客戶對(duì)產(chǎn)品的需求確定和導(dǎo)出客戶的可靠性要求是必需的。有時(shí)要

14、求可能是定性的（比如，“好的可靠性”）?？煽啃砸罂赡堋半[含”在所表達(dá)的其他需求里面。例如，可用 性的要求，實(shí)際上包含了產(chǎn)品的可靠性和維修性；又如安全性的問(wèn)題， 就是要求不存在安全致命性故障。依賴于客戶對(duì)產(chǎn)品要求的表達(dá)，性能可靠性要求可以用兩種方式之一來(lái)推導(dǎo)。如果產(chǎn)品要求已經(jīng)用公認(rèn)的可靠性要求（例：平均維修間隔時(shí)間MTBM）來(lái)表達(dá)，那么就無(wú)需進(jìn)行轉(zhuǎn)化，因?yàn)橛脩粢呀?jīng)表達(dá)清楚。如果性能可靠性要求“隱含”在用戶的基本要求里面，那么 就必須對(duì)其進(jìn)行分析以導(dǎo)出可靠性要求。理論上，這些用戶要求可通過(guò)有關(guān)因素的相互關(guān)系來(lái)進(jìn)行描述，而可靠性是其中的一個(gè)因素。在從客戶需求導(dǎo)出性能可靠性要求時(shí)，一些有關(guān)可靠性的工

15、作項(xiàng)目是有用的。以下列出了這些工作項(xiàng)目：建模和仿真：建模和仿真是確定滿足大多數(shù)客戶要求所必須的可靠性水平、可靠性范圍的有效方法。它對(duì)各種各樣不同的產(chǎn)品特性進(jìn)行權(quán)衡，以達(dá)到產(chǎn)品的總體要求。仿真是利用計(jì)算機(jī)的自動(dòng)運(yùn)算“嘗試”各種不同的解法，以尋求最優(yōu)解。在產(chǎn)品的方案 /規(guī)劃的早期階 段使用建模和仿真方法最有利。它提供了一種確定求解的方法，而無(wú)需昂貴的設(shè)計(jì)、制造、 和試驗(yàn)過(guò)程。當(dāng)產(chǎn)品處于設(shè)計(jì) /研制階段時(shí)，模型也要升級(jí)以反映出當(dāng)前的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)狀O在用任務(wù)模型和保障模型確定可靠性要求時(shí)，使用數(shù)學(xué)關(guān)系式確定可靠性、各種任務(wù)、 保障指標(biāo)之間的關(guān)系。這些指標(biāo)可能指的是給定情況下所需備件的數(shù)目，在給定時(shí)間周

16、期內(nèi)所進(jìn)行的飛行次數(shù)，在任何一時(shí)間產(chǎn)品列入服務(wù)的平均數(shù)目，等等。通過(guò)改變可靠性的使用度量，可確定對(duì)這些指標(biāo)方面的影響。在其他因數(shù)保持不變的情況下，給出“最好”結(jié)果的 使用可靠性數(shù)值，將選作可靠性要求的數(shù)值?？煽啃砸髢H是產(chǎn)品許多項(xiàng)性能要求的其中一項(xiàng)。依賴于產(chǎn)品的功能，產(chǎn)品需要達(dá)到 許多其他的性能要求。包括：射程、有效載荷、速度、重量、功率輸出、燃燒率、維修性。 除了功能性的性能要求外，產(chǎn)品還有外形、安裝、功能、接口（F3I）方面的要求。這些要求描述了產(chǎn)品的外觀、大小、形狀、電氣及機(jī)械的接口。理論上，產(chǎn)品的每項(xiàng)要求都要進(jìn)行優(yōu)化。但實(shí)際上很少這樣做，即使是有過(guò)的話，對(duì) 產(chǎn)品的每項(xiàng)要求進(jìn)行優(yōu)化也是不

17、可能的。相反，產(chǎn)品的總體性能必須得到優(yōu)化，也就是說(shuō)，產(chǎn)品的要求必須注重整體性能，即作為一個(gè)集來(lái)對(duì)待。 例如，追求商業(yè)客機(jī)載人數(shù)量的最大化就使得航程的最大化變得困難，這些要求是沖突的。 所以，兼顧航程和載荷的確定方案就是權(quán)衡研究的結(jié)果。有時(shí)，這些要求是互補(bǔ)的。例如，對(duì)汽車，追求汽油消耗行走的里程數(shù) 的最大化和追求行程最大化是一致的。不管這些要求是沖突的還是互補(bǔ)的，它們都將視為一個(gè)整體，而不能孤立地來(lái)對(duì)待?？煽啃砸髴?yīng)當(dāng)在整體要求的范圍內(nèi)進(jìn)行確定，作為產(chǎn)品和項(xiàng)目的約束條件。由于可 靠性僅是許多要求（這些要求經(jīng)常是競(jìng)爭(zhēng)的項(xiàng)目，也不是同等重要）中的一項(xiàng)，所以，我們 必須把注意力放在產(chǎn)品的整體性能上。因

18、此，其他的性能要求，甚至外形和安裝要求，與可靠性要求就有可能互補(bǔ)，也可能沖突。為了達(dá)到“最佳”的方案，就采取提高一項(xiàng)要求從而 降低另一要求的權(quán)衡方案。當(dāng)出現(xiàn)沖突時(shí)，就有可能降低可靠性的要求來(lái)追求提高其它的性 能。4、產(chǎn)品級(jí)的設(shè)計(jì)可靠性要求：客戶度量使用中的產(chǎn)品可靠性時(shí)，并不直接地按照設(shè)計(jì)的可靠性目標(biāo)和要求的形式來(lái) 進(jìn)行。雖然許多因素并不在供應(yīng)商的控制下，但在建立設(shè)計(jì)可靠性水平時(shí)，必須加以考慮，以滿足客戶的需要和期望。通常，供應(yīng)商應(yīng)能預(yù)料到， 雖然影響可靠性的許多故障是在設(shè)計(jì)階段造成的，然而誘發(fā)的其它種類故障將會(huì)在使用階段發(fā)生（包括修理和制造過(guò)程中）。圖2形象地示出了故障原因?qū)哟侮P(guān)系的金字塔圖。

19、圖2產(chǎn)品故障“金字塔”的形狀隨時(shí)間而變化， 因?yàn)椤八钡拿恳唤M成部分都是時(shí)間的函數(shù)。在建立產(chǎn)品的設(shè)計(jì)可靠性目標(biāo)時(shí)，弄清楚所有已知的故障原因是至關(guān)重要的。從產(chǎn)品的性能要求出發(fā)，建立設(shè)計(jì)要求/目標(biāo)的過(guò)程，有時(shí)指的就是將客戶（性能）可靠性“轉(zhuǎn)化”為供應(yīng)商（設(shè)計(jì)）可靠性。產(chǎn)品級(jí)的設(shè)計(jì)可靠性要求，必須在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)/研制階段開始之前得到確定。即使這些設(shè)計(jì)要求是作為產(chǎn)品目標(biāo)開始的，它們也應(yīng)該在設(shè)計(jì)師打算進(jìn)行產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)階段的方案研發(fā)之前進(jìn)行利用。從性能可靠性要求導(dǎo)出設(shè)計(jì)可靠性要求，以下列出的面向可靠性的工作項(xiàng)目是有用的。質(zhì)量功能展開（QFDQFD）:（參考文獻(xiàn)4）質(zhì)量功能展開是在設(shè)計(jì)和研制的每一階段將客戶

20、要求轉(zhuǎn)化為合適設(shè)計(jì)要求的一個(gè)工具。在擬定可靠性要求過(guò)程中，它使用圖4所示的質(zhì)量屋（House of Quality ）矩陣并采取幾個(gè)步驟。質(zhì)量功能展開提供了確定一組結(jié)構(gòu)化的可靠性 要求的一種工具，因而保證了設(shè)計(jì)特征符合客戶需求。它也提供了一種權(quán)重分析方法，即將需求區(qū)分優(yōu)先次序。質(zhì)量功能展開最好在方案/規(guī)劃階段應(yīng)用。A怎樣相關(guān)設(shè)計(jì)要求客戶要求V-rILCi rc n5 tf gCPLP描述重蔓性H0iTHJiTsLW書Cost= ：g 競(jìng)4院堂水平1P峙性能力枳重重要性111圖4質(zhì)量功能展開的質(zhì)量屋質(zhì)量功能展開方法簡(jiǎn)要地分以下幾步：1、 進(jìn)入已確定好的WHA Ts區(qū)域，如果需要，進(jìn)一步確定第一、

21、第二、第三要求。2、 基于已有的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，確定HOWs（設(shè)計(jì)要求）。3、 建立HOW-WHAT關(guān)系，對(duì)每一個(gè)關(guān)系分配具體數(shù)值（例：很強(qiáng)關(guān)聯(lián)取5,強(qiáng)關(guān)聯(lián)取3,弱關(guān)聯(lián)取1）。關(guān)聯(lián)強(qiáng)弱的確定取決于經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)知識(shí)。圖5提供了容易理解的圖解展示（符號(hào)圖中有說(shuō)明）。4、 對(duì)每個(gè)最低級(jí)可靠性要求和與每個(gè)HOW關(guān)聯(lián)的技術(shù)和費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)的程度確定和分配 客戶重要性因素（第一、第二、第三） 。對(duì)因素和風(fēng)險(xiǎn)程度分配數(shù)值（例：很重要 取5,一般取3,不重要取1）。5、建立HOWs之間的關(guān)系。 用建立HOW-WHAT關(guān)系一樣的方法來(lái)確定其關(guān)聯(lián)強(qiáng)弱 并給定相應(yīng)具體數(shù)值。6、 計(jì)算HOWs的相對(duì)和絕對(duì)權(quán)重。對(duì)于HOW中的

22、每一項(xiàng)（DR1 , DR2,和DR3）,計(jì)算出關(guān)聯(lián)的總數(shù)值。如圖所示，其結(jié)果分別是39, 38, 30。此HOWs的絕對(duì)權(quán)重依次是1, 2, 3。然后，將每欄的關(guān)聯(lián)總數(shù)值乘上風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，分別得到以下數(shù)值：39, 190, 90。所以，得到DR1 , DR2 , DR3的相對(duì)權(quán)數(shù)分別為3, 1, 2。7、 基于絕對(duì)和相對(duì)權(quán)重的數(shù)值，選擇關(guān)鍵的HOWs（即，最需要注意的）。本例中，DR2最關(guān)鍵，DR3最差。整個(gè)質(zhì)量屋的右手側(cè)是用來(lái)考慮投入力量的相對(duì)水平，費(fèi)用，需要的制造能力，和供應(yīng)商認(rèn)為每個(gè)WHAT的競(jìng)爭(zhēng)地位的區(qū)域。選擇方案通常分為最強(qiáng)，一般，最弱。轉(zhuǎn)換：通過(guò)研究所得到的可靠性特性，將性能可靠性要求

23、轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)可靠性要求，給設(shè)計(jì)師提供設(shè)計(jì)目標(biāo)。 如果這些設(shè)計(jì)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，那么，性能可靠性目標(biāo)就會(huì) “自動(dòng)”達(dá)到。進(jìn)行這樣轉(zhuǎn)換的好處就是使每個(gè)設(shè)計(jì)師在他/她的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，都有一個(gè)具體實(shí)際的目標(biāo)。為了使可靠性目標(biāo)以最有效的方式實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)目標(biāo)在設(shè)計(jì)開始（即： 方案/規(guī)劃階段）之前就應(yīng)該確立。導(dǎo)出設(shè)計(jì)可靠性要求的第一步就是將使用性能參數(shù)轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)參數(shù)。例如，用MTBM（平均維修間隔時(shí)間）方法考慮的因素，就使得設(shè)計(jì)產(chǎn)品的供應(yīng)商難以直接在設(shè)計(jì)中應(yīng)用，比如，用戶使用中的誘發(fā)故障、不明原因故障。所以，必須將MTBM轉(zhuǎn)化為詳細(xì)的設(shè)計(jì)要求，比如MTBF（平均故障間隔時(shí)間）。圖5質(zhì)量屋的典型例子最后，如果供應(yīng)商的產(chǎn)

24、品是客戶產(chǎn)品中的一個(gè)部件，那么，性能可靠性要求和設(shè)計(jì) 可靠性要求是一致的。例如，客戶對(duì)一個(gè)部件的性能可靠性要求可能是500小時(shí)的MTBF。在這種情況下，就不需要任何轉(zhuǎn)換。以下是將性能可靠性要求轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)可靠性要求的兩種方法。盡管這些方法是在 軍事領(lǐng)域開發(fā)的，但也可類似地應(yīng)用在民用產(chǎn)品中，即：基于供應(yīng)商的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在 聯(lián)系性能可靠性和設(shè)計(jì)可靠性之間關(guān)系時(shí)，應(yīng)用一個(gè)簡(jiǎn)單的“K因子”。a.使用參數(shù)轉(zhuǎn)換模型。 有一組現(xiàn)成可用的模型，可將使用（性能）可靠性和維修性要求轉(zhuǎn)化為合同規(guī)定的，可規(guī)定的，可度量的數(shù)值，即：設(shè)計(jì)可靠性要求。要建立這些模型，首先要確定影響轉(zhuǎn)換方法的變量，然后，搜集使用和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并且

25、用統(tǒng)計(jì)分 析技術(shù)建立和驗(yàn)證這些模型（參考文獻(xiàn)5）。b.自動(dòng)化的要求轉(zhuǎn)換工具（ART）?？煽啃苑治鲋行模≧AC）研發(fā)了一種將性能可 靠性、維修性、和診斷參數(shù)（RM & D）轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)要求的自動(dòng)化方法。此方法簡(jiǎn)介如 下：確定某一產(chǎn)品的一組使用RM &D要求對(duì)每項(xiàng)使用要求給出定義。對(duì)每個(gè)定義導(dǎo)出運(yùn)算法則。將每項(xiàng)算法進(jìn)行簡(jiǎn)化，直至到最簡(jiǎn)單的參數(shù)（術(shù)語(yǔ)）。將簡(jiǎn)化得到的參數(shù)（術(shù)語(yǔ)）作為設(shè)計(jì)要求。使用基線產(chǎn)品數(shù)據(jù)確定可接受的設(shè)計(jì)值范圍。同時(shí)對(duì)算法求解。容戶要求設(shè)計(jì)要求第_第二第三DR1DECDR；工作特性AA-1.A-2_()w w-O。BB-bAOgB-30()CC4C-2DD-l0D-2

26、D-3IMW0）E-lE-2TF.7S極重i2Oi匏對(duì)3 312彳瞻=5彳哉=5O強(qiáng)*一般 T弱=】塵=1_ 無(wú)：無(wú)運(yùn)用以上方法將使用的RM & D要求轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)RM & D值的范圍。使用此模型也 可作權(quán)衡分析，以找出RM & D的最佳設(shè)計(jì)要求。ART作為基于PC的軟件工具可從RAC得到。（參考文獻(xiàn)6）利用分析確定可靠性設(shè)計(jì)要求：有許多與可靠性有關(guān)的分析可輔助導(dǎo)出可靠性設(shè)計(jì)要求。這樣做的目的是確保環(huán)境條件和使用的工作條件的一致性，同時(shí)，確保這些 要求與技術(shù)發(fā)展水平的一致性。不管怎樣，不能將性能可靠性要求運(yùn)用一組算法盲目 推出設(shè)計(jì)可靠性要求。通過(guò)在轉(zhuǎn)換過(guò)程中加以有針對(duì)性的

27、一組分析，經(jīng)濟(jì)有效地確保 了這些設(shè)計(jì)可靠性要求與其他要求和限制條件的一致性。這些分析在將性能可靠性要 求進(jìn)行第一次導(dǎo)出的方案/規(guī)劃階段開始使用，在設(shè)計(jì)研制階段適當(dāng)?shù)刂貜?fù)使用。轉(zhuǎn)換成設(shè)計(jì)要求后并不意味著此過(guò)程的結(jié)束。轉(zhuǎn)換了的要求必須評(píng)價(jià)是否符合實(shí)際。需要回答的問(wèn)題包括：1）這些要求與現(xiàn)有技術(shù)是否一致？2）這些要求是否對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)起促進(jìn)作用？（比如與其他的產(chǎn)品限制條件象重量和功率沖突）?；卮疬@些問(wèn)題通常要對(duì)相似產(chǎn)品（如果存在的話）以前做的研究和數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)審。設(shè)計(jì)要求、性能 要求或同時(shí)這兩項(xiàng)要求可能需要做出調(diào)整以體現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步，不同的使用環(huán)境，不同 的工作循環(huán)等等。分析方法有以下幾種：熱分析：（參考

28、文獻(xiàn)7）溫度是可靠性的重要影響因素之一。盡管溫度影響通常與 電子設(shè)備相聯(lián)系，但機(jī)械部件的可靠性也受溫度的影響。通過(guò)進(jìn)行熱分析，設(shè)計(jì)者確 定熱傳導(dǎo)途徑和模式，單個(gè)部件和零件所承受的溫度極值，以及溫度的快速變化導(dǎo)致 的熱沖擊的影響。在進(jìn)行熱分析時(shí)，設(shè)計(jì)師就會(huì)發(fā)現(xiàn)即使有合理的冷卻保護(hù)以及部件 和零件的最佳安裝位置，產(chǎn)品以及它的組成零件所承受的溫度也可能使得可靠性要求 在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上變得不可行。RAC網(wǎng)站（參考文獻(xiàn)8）示出了不同的商用熱分析軟件。耐久性評(píng)估：對(duì)產(chǎn)品的機(jī)械和結(jié)構(gòu)元件來(lái)說(shuō)，耐久性評(píng)估用來(lái)確定任何與之相關(guān) 的使用壽命要求是否能達(dá)到。基于損傷容限評(píng)估法由美國(guó)空軍為飛機(jī)開發(fā)的通用方法 可進(jìn)行此

29、項(xiàng)評(píng)估。圖6示出了此方法。圖6耐久性評(píng)估的通用方法注意，耐久性評(píng)估是開始于設(shè)計(jì)階段而貫穿整個(gè)產(chǎn)品試驗(yàn)的過(guò)程。從耐久性評(píng)估 得來(lái)的使用壽命評(píng)估值可用來(lái)檢驗(yàn)使用壽命要求的現(xiàn)實(shí)性。除了評(píng)價(jià)產(chǎn)品的耐久性以 外，該方法還可提供進(jìn)行維修檢查要求（檢查項(xiàng)目及檢查頻率）的各種信息。預(yù)計(jì)：一旦能進(jìn)行最初的預(yù)計(jì)工作，就要將預(yù)計(jì)值和要求值進(jìn)行比較。在RAC網(wǎng) 站（參考文獻(xiàn)9）可找到不同的預(yù)計(jì)方法，在參考文獻(xiàn)10中列出了更詳細(xì)的內(nèi)容。依據(jù)預(yù)計(jì)值是否低于，等于，高于要求值，將相應(yīng)得采取一些措施。如果可靠性預(yù)計(jì)值低于要求值，那么，進(jìn)行預(yù)計(jì)的假設(shè)和方法應(yīng)當(dāng)重新評(píng)審，必 要的話，進(jìn)行調(diào)整。如果預(yù)計(jì)值是合理的，那么，所提出的可

30、靠性要求就要重新檢查。如果預(yù)計(jì)值顯著高于要求值，就要考慮將要求值提高以便：1、 獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)2、 減少未來(lái)費(fèi)用（例：擔(dān)保和維修）3、 提高安全性如果可靠性預(yù)計(jì)值與要求值大致相等，那么，許多關(guān)心的問(wèn)題都得到了保證?？煽啃?預(yù)計(jì)并不是很精確的，在預(yù)計(jì)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)有誤差。通常采取保守的做法，使預(yù)計(jì)值高于 要求值。容錯(cuò)：容錯(cuò)是指當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)故障時(shí)，仍能繼續(xù)完成規(guī)定功能的能力。它一般是用冗余（即有時(shí)在遇到故障的情況下，通過(guò)備用的附加功能單元來(lái)保持產(chǎn)品的繼續(xù)運(yùn)行）手段 來(lái)完成，即采用并聯(lián)路徑，當(dāng)一條路徑失效時(shí)，另外的路徑保持產(chǎn)品運(yùn)行。在導(dǎo)出可靠性 要求的過(guò)程中，容錯(cuò)能力分析是保證可靠性設(shè)計(jì)要求得以實(shí)現(xiàn)的方法

31、。非運(yùn)行狀態(tài)分析：象產(chǎn)品壽命周期里的所有時(shí)段一樣，產(chǎn)品非運(yùn)行時(shí)期也存在故障的可能。進(jìn)行此分析可以鑒別非運(yùn)行時(shí)期影響可靠性要求的一些特有的特征。安全系數(shù)（SFSF）:在確定可靠性要求時(shí)，經(jīng)常使用安全系數(shù)和降額系數(shù)。它們用來(lái)考 慮物理現(xiàn)象的不確定性，所用模型的不精確性，和所用工具的限制性帶來(lái)的影響。假設(shè)要 求一繩索在承受1000磅拉力下的失效概率必須小于5%，我們用25%的安全系數(shù)后，即 要求該繩索在1250磅拉力下的失效概率必須小于5%。降額：降額基本上是安全系數(shù)的補(bǔ)充。它要求元器件承受的電、熱、和機(jī)械應(yīng)力低于其額定值。再舉繩索的例子。假設(shè)繩索所受額定拉力值為1250磅，我們應(yīng)用80%的降額系數(shù)

32、，即在使用繩索過(guò)程中， 所受拉力載荷不超過(guò)1000磅。（即：25%的安全系數(shù)）。參 考文獻(xiàn)11里可找到降額指導(dǎo)方法，參考文獻(xiàn)12有更詳細(xì)的內(nèi)容。5、將可靠性要求分配給各組成部分此過(guò)程是將復(fù)雜產(chǎn)品的產(chǎn)品級(jí)可靠性要求分配給各個(gè)組成部分。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，僅有產(chǎn)品級(jí)的可靠性要求是不夠的。例如，對(duì)一卡車要求平均故障間隔時(shí)間是1000小時(shí)，這是產(chǎn)品級(jí)可靠性要求，但在設(shè)計(jì)卡車的傳動(dòng)裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、和其它部件時(shí)，這些零部件 的可靠性要求是多少呢？對(duì)可靠性進(jìn)行分配就解決這個(gè)問(wèn)題。可靠性分配過(guò)程經(jīng)常反復(fù)進(jìn)行，多次嘗試，以滿足所有要求。在有些情況下，可靠性要求不可能達(dá)到（為達(dá)到產(chǎn)品級(jí) 可靠性要求，致使零部件的可靠性

33、要求無(wú)法達(dá)到），此時(shí)，應(yīng)與客戶進(jìn)行協(xié)商，需要進(jìn)行權(quán)衡來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。將產(chǎn)品級(jí)可靠性要求分配給各組成部分使得管理和跟蹤可靠性要求變得容易。它能進(jìn)行過(guò)程跟蹤，提供清晰檢查產(chǎn)品級(jí)可靠性要求的方法，促進(jìn)權(quán)衡研究。在方案/規(guī)劃階段，一旦從性能可靠性要求導(dǎo)出產(chǎn)品級(jí)設(shè)計(jì)要求，就應(yīng)著手進(jìn)行可靠 性要求的分配。在產(chǎn)品每一層次設(shè)計(jì)開始之前，通常在設(shè)計(jì)/研制階段的功能設(shè)計(jì)評(píng)審之前就應(yīng)完成初始分配。在任何重大設(shè)計(jì)評(píng)審之前一般進(jìn)行改進(jìn)。對(duì)于大型復(fù)雜的產(chǎn)品，供應(yīng)商僅僅依靠產(chǎn)品級(jí)可靠性要求進(jìn)行可靠性分配是困難的。產(chǎn)品級(jí)可靠性要求也不能對(duì)每一個(gè)不同部件，分系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)師提出。當(dāng)有外面的供應(yīng)商參與此產(chǎn)品時(shí)，問(wèn)題就變得更困難。此時(shí)，有必要采取一些方法將產(chǎn)品級(jí)可靠