推薦中小企業(yè)提升產(chǎn)品可靠性的設計方法

1、中小企業(yè)提升產(chǎn)品可靠性的設計方法產(chǎn)品的可靠性設計方法， 從表面上看都是技術問題， 但實質上包含技術和管 理兩個方面， 沒有技術不行， 有了技術， 如何把技術貫徹到位也會有好多細節(jié)該 注意。所以本文的可靠性提升方法中也包含進去一些設計管理方法的內(nèi)容。中小企業(yè)提升產(chǎn)品可靠性的幾大難題， 經(jīng)過筆者多年來和各類企業(yè)的多位技 術管理者的交流，不外乎幾個問題：1 可靠性概念太復雜，又是概率又是英文簡寫的專業(yè)詞匯，不知道和我的產(chǎn) 品有什么直接的聯(lián)系，不知道這些技術指標如何用于評價產(chǎn)品的可靠性程度；2 可靠性試驗一般要求較多的樣本數(shù)量，公司規(guī)模較不大，生產(chǎn)的是專業(yè)化 設備，批量很小，小批量設備下如何開展可靠性

2、試驗摸不著頭緒；3 公司每年的營業(yè)額不過幾百萬幾千萬， 沒有那么多的資金用于可靠性試驗 費用和設備的購置；4 公司想提升產(chǎn)品可靠性，也想配備專業(yè)技術人員，但這方面技術人員難招 到，即使招到大都是外企的背景，要價較高，干了一年多也沒什么成效；5 以上措施都不好使時，那就寄希望于設計人員個人的技術水平比較高，設 計出的東西能耐用， 但是一臺機器不能只靠一個人完成， 就像木桶盛水多少取決 于最短的那塊木板一樣， 機器的整體水平往往在最薄弱的環(huán)節(jié)暴露故障， 我們也 不可能保證每個項目的設計者都是夢之隊成員。6 請專家?guī)椭?，如大學、科研院所、華為、中興等大的機構的人員來進行指 導，最后的結果往往不了了之

3、，似乎是在聽天書，專家說的全對，就是沒辦法實 施，對中小企業(yè)這也是現(xiàn)狀，也讓人困惑無從下手。以上這些問題， 有些是我們中小企業(yè)管理者的錯誤認識， 有些是我們的企業(yè) 現(xiàn)狀的無奈， 還有就是國家整個的產(chǎn)業(yè)技術環(huán)境造成的， 我們不必怨天尤人， 在 迷茫中立足于企業(yè)現(xiàn)實開始我們的產(chǎn)品可靠性提升之旅。產(chǎn)品可靠性問題出現(xiàn)的原因分為兩個， 一個是設計的可靠性 （也稱固有可靠 性）是否好； 一個是固有可靠性在生產(chǎn)使用中是否能得到技術管理保障。 現(xiàn)在大 多數(shù)學者的可靠性研究集中在可靠性保障方面， 中小企業(yè)技術管理者的幾點困惑 就是這種現(xiàn)象導致的， 可靠性保障似乎成了可靠性的全部， 但中小企業(yè)的現(xiàn)實是 產(chǎn)品的固有

4、可靠性設計的就很不好， 后面再怎么保障能使可靠性維持在較高水平 呢？設計是產(chǎn)品可靠性的基礎， 對軍工企業(yè)、 大企業(yè)， 他們的設計可靠性是可以 保證的，然后再講可靠性試驗、預計、保障是對的，但中小企業(yè)產(chǎn)品的設計可靠 性就不好，就該把重心放在產(chǎn)品可靠性設計的技術方法和設計控制管理上才對。 以下的方法就是基于這個基本思路展開。1 基于產(chǎn)品故障的失效分析和失效預防產(chǎn)生上面幾條感慨的企業(yè)一般都有幾年的時間了， 對于這種企業(yè)， 其實掌握 著一個寶藏， 對這個寶藏妥善利用了， 產(chǎn)品的可靠性將有非常明顯的提升。 這個 寶藏就是過去幾年的投訴記錄和質量分析記錄。 對這些記錄統(tǒng)計，組織分析原因， 實驗確認這些原因

5、確實是導致失效的因素， 然后研究出預防措施， 余下的就是在 公司運營中確保預防措施被執(zhí)行了。 做到了這幾點， 產(chǎn)品的可靠性提升將是顯而 易見的。這個分析和試驗的過程會涉及一些較高難的技術方法，但依常規(guī) 80% 以上的問題會很容易就被解決的。以筆者經(jīng)歷的一個案例來說明， 一個液體流量閥， 里面有一個靠彈簧頂住的 截流板，偶爾有客戶投訴我們的產(chǎn)品未開機就漏液，原來在研發(fā)實驗室的時候， 沒有發(fā)生過這問題， 技術人員也沒太重視， 此時就一直拖下去了， 后來公司加了 項考核指標“投訴問題解決率” （解決的問題數(shù)占總投訴比例數(shù)的百分數(shù)），研 發(fā)才真正重視起來，開會分析原因（如下圖），然后一項項試驗，液體源

6、實驗也 不用太復雜，塑料桶開個孔， 把桶里水的液面抬高， 出水管口的管壓增大看閥是 否漏水，發(fā)現(xiàn)不加壓就漏， 加壓漏得更厲害； 把截流板拆到另一個閥上試驗配合 是否緊密，確認了配合沒有問題； 最后確認換成原來研發(fā)用的彈簧， 發(fā)現(xiàn)不漏液， 換回來就又漏； 初步確認為彈簧問題， 檢查彈簧在掛上相同重量的物體后， 形變 有差異，研發(fā)用的彈簧形變小。 多次幾個不同彈簧驗證， 確認失效原因是彈簧在 多次使用后彈性系數(shù)發(fā)生變化，而設計圖紙上又沒有關于這項指標的檢驗方法， 因為沒有檢測彈簧的工具， 并且形變是發(fā)生在使用一段時間之后在公司也不好入 檢。于是找采購人員查廠家的信息， 發(fā)現(xiàn)研發(fā)樣件的廠家和批量生產(chǎn)

7、廠家不是同 一家，所以就在外購件規(guī)格書上對供貨廠商進行了指定， 制定研發(fā)樣件的廠家為 供應商，并封樣，要求廠家按照封樣的彈簧的材料、規(guī)格和強度等指標供貨，公 司舍不得買臺彈簧拉壓測試儀， 就通過非技術手段解決， 不過后來此類問題也沒 再發(fā)生過。 從這個事例看出， 很多問題的分析其實也并不是很復雜， 解決問題的 預防措施也未必就是改動設計。 只要我們肯靜下心來， 靜心分析，解決也并不難。 液壓變化的實驗裝置也是大家集思廣益的結果。通過這種方法， 有了價值 50 元錢的電快速脈沖群測試儀、 有了價值 200 元 的輻射抗擾度測試儀、有了價值 300 元的鹽霧試驗箱，有了我們產(chǎn)品的常見失 效模式，然

8、后有了針對性措施，產(chǎn)品可靠性有了明顯增長。這個方法的執(zhí)行要素有幾點： 有故障數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄； 有技術分析會議； 針 對分析的實驗； 針對試驗結論的分析結論； 針對結論的預防措施和實施到位。 有人說，這么簡單， 但事實上就是這樣簡單的事情沒做好， 最常見問題的兩個地方 是：針對分析的實驗方面不具體； 針對試驗結論草率下結論。 這都是人存在的弱 點，不是技術的難度?？偨Y到一點： 針對故障投訴作失效分析， 得出失效機理， 針對失效機理制定 實施預防措施。2 加強系統(tǒng)設計技術和系統(tǒng)設計管理走訪很多公司沒有系統(tǒng)設計部門，有的有系統(tǒng)設計人員，但干的事研究的問題不夠系統(tǒng)。 最常見的模式是一個資深的技術人員當

9、項目經(jīng)理， 帶著幾個小毛頭 搞設計， 幾個這樣的項目隊伍對一個技術部經(jīng)理匯報。 然后產(chǎn)品出現(xiàn)投訴了， 經(jīng) 理的常見解釋就是 “招水平高的招不到， 都怪這幫工程師水平差， 就這樣還老鬧 著加薪跳槽”。這些人里頭也不是沒有幾個高手，但都是項目經(jīng)理，也要承擔具 體的設計。 木桶盛多少水取決于最短的那塊木板， 項目經(jīng)理能干也沒用， 產(chǎn)品該 出毛病還是出毛病。 這個現(xiàn)象的解決方法就是加強系統(tǒng)設計的管理， 對系統(tǒng)設計 人員要學點系統(tǒng)設計知識。系統(tǒng)設計管理方法也很簡單，設置系統(tǒng)設計崗位或部門，讓設計水平較高、 知識面較寬的人才到這個職位來， 如果公司規(guī)模較小， 就讓這個崗位負責系統(tǒng)設 計和設計審核， 如果研

10、發(fā)規(guī)模夠大， 就系統(tǒng)設計和設計審核崗位分開， 但一定注 意，必須把資深的高人放在這兩個崗位上。 這樣， 所有設計人員的設計細節(jié)都要 被高人審核，不合格則退，最后出去的設計成果基本上就符合了審核人的水平， 這樣，最短的那塊木板就補上來了， 原有的人員結構也未發(fā)生變化。 審核人員和 系統(tǒng)設計人員屬于同一個團隊，系統(tǒng)設計的思路一定要貫徹到審核人員的腦中， 審核中確保設計系結執(zhí)行了系統(tǒng)設計要求。比如系統(tǒng)設計要求工作溫度滿足-40 C,那審核時器件的溫度規(guī)格必須都得滿足此要求。這是一個管理組織架構 上的要求，沒有這個審核機制的保證，系統(tǒng)設計思路很難貫徹實施好。第二是系統(tǒng)設計方法的問題, 這是要系統(tǒng)設計人

11、員掌握的, 太多的中小企業(yè), 系統(tǒng)設計幾乎是缺位的,即使較牛的一些項目經(jīng)理似乎被冠以系統(tǒng)設計師的 title ,但沒能落到實處,常犯的錯誤理解就是： 系統(tǒng)設計 = 法規(guī)標準設計要求 + 客戶功能需求； 這是很不全面的, 僅按照這兩種因素設計, 就忽視了很多其他的技術要求, 并且 往往就這兩個要求也大都理解得不全面。 下面舉一些與可靠性設計有關的系統(tǒng)設 計知識點,如產(chǎn)品系列規(guī)劃、目標功能和用戶定位、工程計算、歷史失效數(shù)據(jù)分 析、法規(guī)標準、知識產(chǎn)權、器件選型、生產(chǎn)檢驗運輸過程、安裝交付、極限環(huán)境 條件、可用性、可維修性、模塊接地與系統(tǒng)接地、熱設計、 EMC 、震動噪聲、 鹽霧、接口等,這些都是和系

12、統(tǒng)設計有關的技術內(nèi)容。有人會說“要把你這些要 求都做了,那得多少技術人員??？” ,答案是 1 個,規(guī)模小點的企業(yè)一個都不用, 別被這么多的系統(tǒng)設計要求給嚇住, 其實每一細項里, 常規(guī)的技術要求和技術點 也就那么幾項, 非常少的, 這幾點都不必單獨設計, 只要在選擇設計方案時按照 技術點去選, 系統(tǒng)設計就被執(zhí)行了, 后面的諸多問題就迎刃而解了。 比如電磁兼 容EMC,最復雜的一個技術要求，在標準測試上的考察項目是4個EMI指標（RE、 CE、Harmonics、Flicker ）和 7 個 EMS 指標（RS、CS、ESD、EFT/B、DIP/i、 PMS、Surge ），它的要求主要集中在面膜

13、、機殼的密封接縫方法、機殼材料、 機殼開孔的處理、 機殼對外的電纜處理、 電源模塊幾個關鍵地方, 在系統(tǒng)設計時 面膜的安裝方式、 面膜的設計上選擇防靜電處理方式或在面膜后面加塊接機殼地 的金屬背板，金屬板上的電接頭選擇帶濾波的插座， 這種方式一下就能改善 EMC的 ESD、RE、CE、RS、CS 等幾個隱患；再比如模塊接地與系統(tǒng)接地的考慮， 先畫出系統(tǒng)接地圖， 這樣整機的電氣安全、 接地阻抗、 對地漏電流等指標的關鍵 薄弱點就一目了然了， 也能估計出板間信號可能造成問題的隱患薄弱環(huán)節(jié)， 哪些 地方形成了地環(huán)路， 哪些地方形成了天線效應， 通過系統(tǒng)設計時的地線圖就能在 整體上解決后面的一系列問題

14、。系統(tǒng)設計是綜合各方面的知識， 綜合權衡， 得出最優(yōu)的解決方案， 是在不同 技術間的平衡， 比如對一個采集的信號要進行濾波處理， 是采用電路硬件濾波器 還是 AD 后用數(shù)字濾波器？對驅動力矩要求較大時， 是選大扭矩電機還是增加機 械減速器？防鹽霧侵蝕是用防銹材料還是涂三防漆還是加強密封？在這些不同 技術間平衡的時候，綜合的是成本、工期、團隊成員對技術掌握的程度、法規(guī)、 安全、批量供貨時加工商的批次穩(wěn)定性的保障能力等。往簡單里說，系統(tǒng)設計方法就是把一些外圍的技術要求全部涵蓋進產(chǎn)品開發(fā) 里來，用 checklist 的方式進行檢查，而不是先出整機，然后再改，那樣機器將 不是機器了。國內(nèi)諸多做產(chǎn)品

15、CE 認證的中小廠家，試問有幾家把產(chǎn)品真正賣到 了歐盟國家，不敢啊，在公司里都有三種機型的說法，分別叫在產(chǎn)機器、CE 樣機、CE狀態(tài)的機器，大多中小企業(yè)的產(chǎn)品是前兩種，為什么出現(xiàn)這種局面？就 是沒有系統(tǒng)設計，先出整機，然后再改，最后拿個 CE證當虎皮唬人去，就是不 敢上景陽崗怕遇到真老虎。系統(tǒng)設計其實真得不難，有這么類崗位，能作系統(tǒng)設計 + 審核，再加上點提 煉的 checklist ，基本就可以開工了，剩下的就是系統(tǒng)設計師找到感覺，加強自 己的技能訓練， 讓系統(tǒng)設計真正發(fā)揮作用了。 實在不行， 請這方面的專家?guī)椭鷮?施一下也是可以的，輔導上 1-2 個項目，建立一套體系，將無往而不勝。3 建

16、立技術平臺，建立可靠性保證流程百年老店的大公司的產(chǎn)品為什么都比較好呢？他們的技術人員就比我們的 資深嗎？他們不也都是年輕人嗎？百年老店的核心價值除了品牌還有什么？還 有他們在專項技術上的積累。也就是說 100 年的技術經(jīng)驗和教訓今天仍然被引 用參考，它拿出一百年的積累和我們競爭， 這是我們不可能具備的東西， 很多事 情必須經(jīng)歷過才會發(fā)生， 發(fā)生了解決了才會成為積累。 百年老店如何積累下這些 東西的，它靠的是什么來傳承這些精華？答案是技術平臺。 再往通俗里說， 技術 平臺的表現(xiàn)形式就是一堆的專業(yè) checklist 文件，這些檢查項是多少代人的深刻 總結，到了今天，一個工程師都不必經(jīng)歷什么，他就

17、能得到前人的教訓經(jīng)驗，并 用于設計中，自然可以避免很多問題。我在工作中曾經(jīng)做過標準法規(guī)的 checklist 、EMC 設計的 checklist 、系統(tǒng) 設計的 checklist 、可用性的 checklist 、研發(fā)控制體系的 checklist 等等，這些 都是很低成本就能實現(xiàn)的東西， 但它又有很高的成本， 它是一份總結， 是匯集了 多少代人心血的總結。抽取幾個出來，如“少用分立元件，多用集成電路”、 “不定制器件”、 F2W 分析方法、 “經(jīng)常要用到的控制器的高度應該在人的肘彎和肩膀之間”、 “顯示界面不要出現(xiàn)同一變量的不同信息”、“在正常使用時設備傾斜 100 不會失去平衡”、“不

18、提供熱量的應用部件表面溫度不得超過 410”、“顯示部分高度應位于操作者在操作姿態(tài) （考慮站姿和坐姿 ），距離 1 米情況 下，其水平視角上斜 150 至下斜 450 范圍”等。這些都是多少代人、 多少個不同專業(yè)的人嘔心瀝血的結晶， 如果一個公司建立了 一個屬于自己、 適用于自己的一個技術平臺， 并在設計管理中認真執(zhí)行它， 通過 審核控制和測評控制它的實施效果， 那么公司工程師的水平將飛速提升， 即使是 很一般的工程和能做出很出色的產(chǎn)品來。4 研究可靠性設計方法作為技術人員，最喜歡的就是技術了， 在公司和管理層面把架構搭好了之后， 作為技術工程師和系統(tǒng)設計師， 可靠性的知識和設計方法就是需要補

19、課的了。 可 靠性設計方法包括很多方面的內(nèi)容 （有些和系統(tǒng)設計的內(nèi)容重疊， 這不矛盾， 系 統(tǒng)設計研究的是整體， 設計方法是把系統(tǒng)要求具體實現(xiàn)的方法） ，氣候環(huán)境防護 設計、熱設計、 EMC/EMI 設計、 降額設計、裕度設計和穩(wěn)定性設計、冗余設計、 緩沖減震設計、元器件選型、可使用性設計、視覺顯示、照明、控制、控制面板 布局、控制與顯示器關系、安全性設計方法、防電力危害、防機測危害、防輻射 危害、防止火災危害、可維修性設計方法、測試與調整方法、標識、可接近性和 可更換性、插頭和插座、緊固件、軸承、報警、印制電路板設計方法、可靠性 試驗驗證方法、可靠性測試工具等方面的知識和內(nèi)容。關于每一個技術

20、主題的細節(jié)不是本文區(qū)區(qū)幾千字就能寫得明白的， 其實所謂 的設計方法就是一些設計規(guī)范和考慮問題的知識點。為了方便，也可以做成 checklist ，讓技術人員在設計初期學習參考， 在設計過程中對照， 在設計結束時 自查，在提交評審是由測評機構或審核崗位對照 checklist 復查和針對一些關鍵 設計規(guī)范做實驗驗證以降額設計為例來闡述一些具體的設計方法：比如對失效率高、重要部件及器件一定要進行降額設計。1、電阻器降額外加功率、極限電壓、極限應用溫度三個指標，功率降額系數(shù) 0.1 0.5 ；2、電容器降額外加電壓、頻率范圍、溫度極限三個指標，普通鋁電解電容 和無極性電容的電壓降額系數(shù) 0.3 0.

21、7 之間，鉭電容的電壓降額系數(shù) 0.3 以下；3、集成電路降額結溫、輸出負載指標；4、晶體三極管降額結溫、集電極電流、任何電壓指標，晶體二極管降額結 溫、正向電流及峰值、反向電壓三個指標，功率降額 0.4 以下，反向耐壓 0.5 以 下，發(fā)光管電壓降額 0.6 以下，功率降額 0.6 以下，功率開關管電壓降額系數(shù)在 0.6 以下，電流降額系數(shù)在 0.5 以下；5、線圈扼流圈降額工作電源、電壓指標；6、變壓器降額工作電流、電壓、溫升（按絕緣等級）指標，電感和變壓器 的電流降額系數(shù) 0.6 以下；7、繼電器降額接點電流、溫升（按絕緣等級）指標；8、接插件降額電流、 電壓指標，根據(jù)觸點間隙大小、 直

22、流及交流要求降額。 接插件嵌入材料和火花發(fā)熱對接點壽命的影響， 在中低頻多接點接插件采用兩點 或多點接地并聯(lián)方式，降額和增加冗余功能；9、電纜導線降額指標：電流（銅線，w 7A/mm2 ）、電纜電壓（尤其多芯電纜），塑料導線的電流降額 0.7 以下10、開關器件降額指標：開關功率、接點電流11、電動機降額軸承負載、繞阻功率指標，伺服電機的軸承失效和繞組失 效，軸承負載降額和繞組功率降額 0.3 0.8；12、結構件降額指標：增加負載系數(shù)、安全余量13、對電子元器件降額系數(shù)應隨溫度的增加而進一步降低。 對有些指標是不能降額的：1、繼電器的線包電流不能降額，而應保持在額定值左右( 100 

23、7;5% )；否 則會影響繼電器的可靠吸合。2、電阻器降低到 10% 以下對可靠性提高已經(jīng)沒有效果。3、對電容器降額應注意， 對某些電容器降額水平太大， 常引起低電平失效， 交流應用要比直流應用降額幅度要大，隨著頻率增加降額幅度要隨之增加。4、結構件設計降額不能增加過大， 否則造成設備體積、重量、經(jīng)費的增加。 作為設計師， 只要把這些設計規(guī)范設計進了產(chǎn)品中， 產(chǎn)品的可靠性一定會提 升的。這樣的設計方法，有多個獲取的渠道，一是內(nèi)部交流腦力激蕩匯總起來； 二是和專家交流， 找專業(yè)的研究院所、 咨詢機構、 專家個人通過請教的方式匯總 起來；三是向供應商學習， 機加件供應商與設備廠家相比一定算是工藝加工的專 家，芯片的提供廠家在芯片檢測應用方面一定是專家， 線纜的加工商在線纜技術 上一定是專家，通過向這些專家的學習，也能有不少收益?？煽啃栽O計方法的研究是長期積累的過程， 不要奢望一蹴而就， 畢竟十年樹 木，百年樹人，方法不但要有，還要被技術團隊消化掉，這自然不能朝起則夕聞 道那么快了。5 加強可靠性管理措施，保證設計的固有可靠性無論是可靠性設計過程還是可靠性保障過程， 為達到設計規(guī)范的被貫徹， 都 需要一些管理手段來保證， 不然再好的技術也發(fā)揮不了作用。 這就是可靠性管理 和評價措施?？煽啃怨芾砗靡欢ㄒ扔袀€評價指標， 沒有指標就沒有效果好壞的檢查和對 比，設計者就沒了