【专家视角】可靠性透视1：需求牵引 预防为主

以下文章来源于可靠性应用技术 ，作者佚名

【转载说明】该文最早在2009年左右发布在某可靠性杂志上，当时觉得写得很好就将文本摘录保存下来，但是由于时间久远，实在记不得杂志名称和原作者姓名。多方查找也没有结果。如果您碰巧是作者本人或者知道原作者是谁，烦请联系小编。非常感谢！

如果说，的企业是挺拔的大树，

一款款经典产品就是树上的累累硕果。

那么，产品可靠性是什么？

它是大树的根。根深才能枝繁叶茂，才能春华秋实。

可靠性设计、试验、标准、制造、管理和评价，

这几个环节，像一条条粗壮的根须，

为产品生长的全过程提供了高品质养分。

现在，让我们深入根须内部，去探寻养分生成的机理。

请不要小看这样的探寻，因为——

这样的探寻中，

隐藏着让果实飘香世界，

让大树参天而立的秘密。

设计：需求牵引预防为主

试验：暴露缺陷不断

标准：制造之本质量之基

制造：环环相扣良性循环

管理：自上而下又快又好

评价：手握标尺丈量故障

可靠性透视1

设计：需求牵引 预防为主

    我们的所到之处，每一个研发人员、质量人员都能侃侃道来：“可靠性设计是可靠性工作至关重要的环节。”越来越多的“中国制造”开始摒弃浮躁的情绪，因为消费者有足够的力量去改写企业的发展史，他们只是品的信徒。洞开的财富之门没有退路，谁还敢把品质视如草芥? 越来越多的“中国创造”找到了正确的方向。品牌不是只属于“500强”的烟火表演，当可靠性追求成为大小企业的“实用主义”，从容地生存变得有迹可循。
    1990年国防科工委成都会议上，原科工委主任丁衡高总结国防研发的指导思想是“需求牵引，系统工程，预防为主，一次成功。”当时，能领悟可靠性系统设计精髓的人并不多。时至，可靠性意识开闸，我们的所到之处，每一个研发人员、质量人员都能侃侃道来：“世界朝着可靠性设计的趋势发展，可靠性设计是可靠性工作至关重要的环节。”
1.简单实用——可靠的保证
    前航天部质量司总工程师何国伟说：“可靠性设计，实质上是指在设计开发阶段运用各种技术和方法，预测和预防产品在制造和使用过程中可能发生的各种偏差、隐患和故障，保证设计一次成功的过程。”
    在充分吸取各类成功经验与失败教训的基础上，可以提炼出一些广泛适用的可靠性设计准则。何国伟认为设计准则不仅要规定如何把可靠性设计到产品中去，还应指出不该如何设计，使设计人员不再重蹈前人覆辙。
    “可靠性设计首先要贯彻的是成熟设计与简单即可靠的原则。产品的新技术、新工艺、新元器件、新材料的所谓新项目，数目予以控制，一般应控制在20%以下。新项目在正式采用于本产品之前，经过充分的可靠性考核与验证。要尽量简化设计，尽可能减少产品组成部分的数量，尽可能实现零、组、部件的标准化与系列化、通用化，控制非标零、组、部件的百分比率⋯⋯尽可能多地采用模块化、积木化设计。”何国伟同时提醒，企业应根据实际情况取舍，形成自己产品的可靠性设计准则。
    胡寿昌在其主编的《航天可靠性设计手册》中指出的一般可靠性设计原则，与何国伟的提法基本一致：优先采用在预定的环境下能可靠工作的硬件、软件和设计；简单就是可靠；保守的设计比较可靠；贯彻标准化（系列化、规范化）的规定。
    简单，同时也意 味着尽可能地减少差错。“如果存在搞错的可能性时，就肯定会有某个人搞错。”这是Murphy定律告诉我们的道理，因此，防错误设计的指导思想就是尽可能设计得不可能搞错，其次是尽可能减少出差错的可能性。比如飞机在高速飞行时，使襟翼落下的控制按钮即使按下也不执行，并给出错误警告。对于外形相近而功能不同的零部件，应从结构上保证不能互换安装。对于可能安装错位的零部件有定位装置。
2.预防障碍——设计的精髓
    胡寿昌教授强调：“在研制过程中，要制订一种能满足事先规定的可靠性要求的设计。从一开始就按所要求的可靠性程度来设计，其重要性怎样强调也不为过分，因为一旦设计得到批准，其固有可靠性也就固定了。方案设计决定了70%的寿命周期费用。”
    很明显，在产品开发过程中，设计缺陷被发现得越晚，纠正起来需要花费的代价就越大，因此，在设计过程中，需要采取有效措施减少发生失效的可能性。除了遵循一般可靠性原则，还应进行初步的可靠性分析，如工程分析和定量分析，考虑环境条件、研制方案、生产方案、使用方案和维修方案。权衡不同的设计方案时，分析各种差别和变动对整个系统可靠性的影响。

    志高空调在设计之初对此考虑得相当周全：通过操作板按键的防尘防潮设计，减少了灰尘、杂物、水份对空调控制部件的影响；通过优化程序参数、波峰焊工艺参数，解决电控板的设计缺陷，提高电控板抗干扰综合能力，使电控板故障率下降54%；通过将变压器可熔断温度保险改变为PTC可恢复式，变压器故障率下降72%，MTBF延长约3.6倍。对运输过程低频引起共振造成毛细管组件易断裂的现象，志高对毛细管组件进行固有频率的测试，并最终在增加毛细管刚度的同时也减少了组件的重量，从而提高了其固有频率，以避开运输振动的频率。

3.设计准则——质量的生命线
    可靠性设计准则一般针对某个具体产品制定，但也可以将产品可靠性设计的共性部分上升为某类产品的可靠性设计准则，如HB7251-95《直升机可靠性设计准则》、HB7232-95《军用飞机可靠性设计准则》、GJB2635-96《军用飞机腐蚀防护设计和控制要求》等。
    在降额设计、简化电路、采用更可靠的元器件等技术不能达到预期的可靠性时，或改进产品达到预期可靠性要求所需的资源比重复配置需要的更多时，需要采用冗余设计。采取冗余技术时，应考虑到避免诸冗余硬件的共因故障。专家提醒，在不得已的情况下选用了可靠性不高的元器件时，应优先考虑通过冗余提高其可靠性；而构成冗余所的差错比较检测器、切换装置等装置的可靠性很高。
    降低元器件在电路中所承受的应力可以提高元器件的可靠性，但降额要适当，因为过低的应力有时会引起新的失效。同时，降低应力会增加重量、体积、费用等其他设计参数，从而需要综合权衡。
    对电路中的静电放电敏感元器件及其敏感电平要予以标识，应使用开关接地、导电塑料等静电抑制技术。人员接触的键盘、控制面板、手动控制器或钥匙锁的部件都应能直接通过底盘接地，用以耗散人员的静电荷。静电防护的使用、运输、包装、贮存都应明确要求，并严格监督执行。
    电磁兼容设计中，电子组合尽可能采用金属外壳屏蔽，以防产品内部各组合间的辐射耦合。屏蔽罩金属接缝要焊接，开口的空洞要尽可能小。接插件的外壳应有导电防护层，以免影响屏蔽的完整性。射频信号、视频信号和中频信号的传输应采用同轴电缆连接，屏蔽层两端均应接地。
    早在上世纪50年代，日本的色摩亮次郎就总结出“温度每增加10摄氏度，可靠性降低1倍”的规律，这一规律“大体正确”，因此，要进行热设计，提高产品的固有可靠性。热设计就是要考虑温度对产品的影响问题，其重点是通过器件的选择、电路设计（包括容差与漂移设计和降额设计等）及结构设计来减少温度变化对产品性能的影响，使产品能在较宽的温度范围内可靠地工作。其中结构设计主要是加快散热。
    在产品的结构设计中还应进行振动、冲击分析，弄清固有频率，产品的固有频率与内、外振动源的激励频率要有距离，防止共振。时，对振动源要采取隔振措施。特别不耐振动、冲击的元器件和零部件可采取单独的被动隔振设计。
    金龙联合汽车工业（苏州）有限公司开发并充分利用客户服务信息网络系统，强调“用数据说话”收集信息，并根据国内外产品使用环境进行故障缺陷的失效模式分析，通过分析将所确定的各项质量改进措施落实到产品设计过程中。苏州金龙学习国外汽车企业的“以高投入换取高技术，用高技术确保产品可靠性”的设计理念，在正确处理可靠性与产品成本的关系基础上进行产品设计改进。

    苏州金龙采取了大量可靠性设计技术和方法：计算机辅助设计、有限元分析；耐环境设计；人机工程设计；结构简化；考虑功能零件的可接近性，考虑零件的互换性，采用模块结构等以利于可维修性；设置故障监测和诊断装置；防误操作设计；保证零件部设计裕度；采用功能并联、冗余技术；设计FMEA；失效设计和寿命设计等。

4.易于维修——售后的可靠保证
    据1959年的统计，当时国防预算的25%是用于维修的开支，两年中花在设备维护上的费用，与用于采购设备的款项几乎相等。可见，维护性与经济性密切相关。
    在产品设计时，强调可靠性可以减少产品出现故障的次数，但不说明在出现故障之后能不能修好或需花多长时间、多大代价才能修好。可维修性好的产品，能在最短的时间、以最低限度的资源（人力与技术水平、备件、维修设备和工具等）和最省的费用，经过维修使产品恢复到良好状态。可维修性既是产品可靠性的补充，又是产品维修保障决策的重要依据。
    对于可以的产品，可靠性设计考虑产品的维护性（可维修性）。本刊顾问、东北大学机械工程与自动化学院院长张义民在其专著《汽车零部件可靠性设计》中指出：“维护性包含有三层意义：维护的对象是可以的产品，不可的产品不能成为维护的对象；维护的目的是为了维护产品的可靠性，使被维护的对象能恢复到无故障运行的状态；维护的措施是实际的维修工作，即从防止故障到排除故障，直到使设备重新恢复功能为止。”
5.人机设计——让维修更合理
    模块化设计具有将维修简化的目标，将产品根据需要分为若干个机械、电气、电子、机电模块，使产品内部空间得到有效利用，并便于维修。
    维修性的简化设计准则要求设计时就考虑多种简化方案，降低维修频率及维修的复杂性，降低对维修人员的技术水平、熟练程度及人员数量的要求。应最大可能地采用标准元器件、零部件、工具、设备、仪器，提化系数。
    康佳集团在引进、消化和吸收了集成产品研发流程（IPD流程）的基础上，推出了康佳KPD流程。根据其核心思想CBB（重用思想），康佳成功推行了标准化、模块化、系列化和通用化设计，实现了产品的积木化设计。现在设计开发要做的事仅仅是新模块，原有模块100%实现了复用，减少了设计开发的工作量、提高了设计开发效率。
    可靠性设计最不可忽视的还有一条：人机设计的合理性。它附属于产品的可维修性这一要求，同时也提出了自己的要求。它要求操作、维修应该保证有充分的空间，工作开口的尺寸、方向、位置应使维修人员以比较合适的姿势进行操作，尽可能减少跪、蹲、卧、趴等易于疲劳的操作姿势。需要用体力进行维修时，要考虑到人的体力限度及操作便利性。
    为了方便维修，康佳彩电减少了开盖固定螺钉个数1/2，减少了螺钉种类2/3。另外，康佳对4068液晶电视的结构还进行了一项创新设计，即在不使用专用工具、不开后盖的前提下就可以方便地取出线路板，实现快速地更换或维修。