設(shè)計管理下的電子產(chǎn)品可靠性分析
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所謂可靠性是指在規(guī)定時間、規(guī)定條件下完成規(guī)定的功能，并保持其性能的持續(xù)穩(wěn)定。電子產(chǎn)品的全生命周期設(shè)計包括縱向過程和橫向過程，其中縱向過程包括設(shè)計預(yù)研、方案論證、設(shè)計開發(fā)、物料選型、原理樣機、功能樣機、小批樣機、批量生產(chǎn)、質(zhì)量跟蹤、設(shè)計持續(xù)改進等；橫向過程包括用戶需求分析、可靠性測試、產(chǎn)品工藝分析、可制造性分析、客戶跟蹤等。其中橫向過程隱含于縱向過程的每一步之中。要提供客戶高可靠性產(chǎn)品，需要將可靠性設(shè)計的理念自始至終的貫穿整個產(chǎn)品設(shè)計的縱向和橫向過程中[1-2]。電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計包括可靠性設(shè)計和可靠性設(shè)計管理兩個方面，如圖一所示[3-4]。
1可靠性設(shè)計管理目標(biāo)
在論述可靠性設(shè)計管理之前，需要明確可靠性設(shè)計管理的目標(biāo)是什么。根據(jù)筆者的設(shè)計經(jīng)驗，電子產(chǎn)品設(shè)計有三條研發(fā)平行線，也可以說三個研發(fā)層次：功能與性能設(shè)計、可制造性設(shè)計、可靠性設(shè)計，如圖二所示。功能和性能設(shè)計是指通過軟件和硬件手段設(shè)計出“達到”用戶要求的產(chǎn)品，功能和性能設(shè)計的基礎(chǔ)是用戶需求?？芍圃煨栽O(shè)計是指為了滿足用戶批量使用要求而進行的物料、供應(yīng)商、工藝（設(shè)計、生產(chǎn)）、工裝測試等方面的設(shè)計工作，是使設(shè)計的產(chǎn)品從制造角度“持續(xù)達到”用戶要求?？煽啃栽O(shè)計是指通過各種手段和管理，使產(chǎn)品全生命周期的功能和性能“超越”用戶要求。這三個層次是一個漸進層次，其頂點就是可靠性設(shè)計層次，同時這三個層次在具體實施的時候是平行的，要真正設(shè)計出超越用戶要求的產(chǎn)品，在進行功能、性能設(shè)計的同時需要進行可制造性設(shè)計和可靠性設(shè)計[5]。
2可靠性設(shè)計管理分析
從圖一可以看出，可靠性設(shè)計管理是一個復(fù)雜的系統(tǒng)管理，不但包含對人力資源的管理，還包括工具、方法、供應(yīng)商等各個方面。下面將從人、工具、物料等幾個方面簡單分析。
2.1人從人的角度來講，要締造高可靠性的電子產(chǎn)品，需要在人力資源管理上做文章，使設(shè)計人員能夠達到可靠性設(shè)計的技術(shù)水平和可靠性設(shè)計的意識。提升設(shè)計人員技術(shù)水平使之達到可靠性設(shè)計要求的技術(shù)水準(zhǔn)，以硬件工程師為例，硬件工程師必須成為硬件設(shè)計師、器件工程師、工藝工程師、測試工程師，做到4類設(shè)計師才是合格的硬件工程師。硬件工程師素質(zhì)簡化模型如圖三所示。一個僅僅能夠進行原理設(shè)計和PCB制圖的工程師不是硬件工程師，他還需具有器件、工藝和測試的知識，并在設(shè)計過程中應(yīng)用這些知識，從而實現(xiàn)設(shè)計可靠、性能可靠、器件可靠、可制造性高的電子產(chǎn)品。在提高設(shè)計人員的可靠性設(shè)計意識方面，我們要求研發(fā)人員對產(chǎn)品全生命周期負責(zé)，任何質(zhì)量問題都源于設(shè)計，采用產(chǎn)品質(zhì)量追溯問責(zé)制，充分讓設(shè)計人員意識到設(shè)計高可靠性產(chǎn)品是對產(chǎn)品品質(zhì)負責(zé)、對用戶負責(zé)、對自己負責(zé)，從而使可靠性設(shè)計成為設(shè)計人員的自主自覺行為。
2.2料從料的角度講，要締造高可靠性的電子產(chǎn)品，就是在物料可靠性、物料體系的穩(wěn)定性、供應(yīng)商管理的角度去規(guī)范管理，使物料設(shè)計、物料體系達到可靠性設(shè)計的要求。從器件選型角度來說，設(shè)計師首先列出可靠性指標(biāo)并根據(jù)需求和指標(biāo)完成初步選型，將初步選型的器件按照關(guān)鍵器件、非關(guān)鍵器件、弱質(zhì)量器件進行分類篩選。關(guān)鍵器件需要進行相關(guān)的局部電路測試，重點考核其性能與功能是否達到可靠性指標(biāo)。弱質(zhì)量器件需要進行重點故障規(guī)避，防止使用過程的質(zhì)量問題。從供應(yīng)商管理角度來說，一定不要將樣機階段的供應(yīng)商物料與批量階段的供應(yīng)商物料對等處理，因為這是不同的兩個過程。我們要約束供應(yīng)商提供可靠品牌、可靠渠道、可靠產(chǎn)地、性能一致性高的物料，同時與供應(yīng)商共同加強管理，達到可靠性上的“雙贏”。
2.3機這里所謂的“機”，在電子產(chǎn)品設(shè)計上可以引申為工具，好的設(shè)計工具在電子產(chǎn)品設(shè)計中可以起到事半功倍的作用，但是工具也不是完全被依賴的，只有合理利用適當(dāng)?shù)墓ぞ卟拍軌驅(qū)υO(shè)計提升有幫助。目前，電子電路設(shè)計軟件如Candence/Alegro、Protel99se的升級版Altium.Designer等EDA軟件均具有各類仿真和信號完整性測試、工藝圖測試等功能。利用這些工具我們就可以在原理圖設(shè)計時完成功能性信號仿真和測試，從而提前選定關(guān)鍵電路模塊的參數(shù)。圖四顯示的是某原理圖中Ram存儲器啟動時的信號仿真。利用PCB后期的信號完整性測試，可以在實際板件未制作前完成與PCB工藝和各種器件參數(shù)匹配的信號完整性測試，而在以往這些測試是需要經(jīng)過幾次制板調(diào)試才能夠完成的。圖五顯示的是某PCB板件測試點的信號完整性分析。各類有限元分析軟件和專用軟件如FLOTHERM等可以幫助我們的電子產(chǎn)品造型工程師和PCB工程師在設(shè)計時準(zhǔn)確把握產(chǎn)品的空間熱設(shè)計。圖六顯示的是某電子設(shè)備板件熱特性分析。
2.4法從法的角度，包含設(shè)計過程中的設(shè)計方法、測試分析方法，當(dāng)然也包括本文我們所研討的設(shè)計管理方法。以測試分析方法為例，目前智能院測試體系已經(jīng)基本健全，正在不斷豐富和完善測試系統(tǒng)，智能院每一種產(chǎn)品和板件都經(jīng)過包括靜電、脈沖群、雷擊浪涌、高低溫、震動、電源抗反接、異常狀態(tài)模擬測試、功能極限測試等各類嚴(yán)格的歸零測試。這些測試保證了產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量。但是這些是遠遠不夠的，下一步我們將針對工程機械應(yīng)用環(huán)境進行研究，形成各種主機環(huán)境、各種應(yīng)用環(huán)境下的針對性測試模型，將我們的每個產(chǎn)品放在這些模型中進行可靠性測試，從而真正達到并超越客戶要求的高性能、高可靠性產(chǎn)品。從設(shè)計角度來說，產(chǎn)品關(guān)鍵模塊測試與設(shè)計過程同步、關(guān)鍵電路理論模型數(shù)據(jù)與實際測量數(shù)據(jù)比對、信號完整性分析、軟件可用性評估等已經(jīng)在智能院各類產(chǎn)品的設(shè)計過程中得到應(yīng)用。以后我們還會將這些在產(chǎn)品的全生命周期，從設(shè)計、用戶反饋、售后質(zhì)量、故障品維修中發(fā)現(xiàn)和解決的問題，形成故障樹，使產(chǎn)品生命線可追溯，并保持產(chǎn)品間的借鑒性。從設(shè)計管理方法上講，我們雖然形成了一定的可靠性設(shè)計的思路，但是尚缺乏系統(tǒng)性和完整性，下一步我們將在可靠性設(shè)計上逐步形成一整套可行可靠的方法論，并通過可靠性設(shè)計管理加以固化和約束。
3結(jié)束語
設(shè)計精品化產(chǎn)品、生產(chǎn)精品化產(chǎn)品、提供精品化系統(tǒng)自始至終是智能院追求的目標(biāo)，在精品化戰(zhàn)略目標(biāo)下，我們始終將締造世界最高品質(zhì)產(chǎn)品作為我們的目標(biāo)?？煽啃栽O(shè)計作為實現(xiàn)這個目標(biāo)的必經(jīng)階段，首先從設(shè)計管理入手，使可靠性設(shè)計理念深入到產(chǎn)品的全生命周期，目前我們雖然形成了一定的可靠性設(shè)計的思路，但是尚缺乏系統(tǒng)性和完整性，下一步我們將在可靠性設(shè)計上逐步形成一整套可行的方法論，并通過可靠性設(shè)計管理加以固化和約束。
作者：盤家偉 李祥松 單位：沈陽工程學(xué)院機械學(xué)院
