設計管理下的電子產(chǎn)品可靠性分析論文
所謂可靠性是指在規定時(shí)間、規定條件下完成規定的功能，并保持其性能的持續穩定。電子產(chǎn)品的全生命周期設計包括縱向過(guò)程和橫向過(guò)程，其中縱向過(guò)程包括設計預研、方案論證、設計開(kāi)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、設計持續改進(jìn)等；橫向過(guò)程包括用戶(hù)需求分析、可靠性測試、產(chǎn)品工藝分析、可制造性分析、客戶(hù)跟蹤等。其中橫向過(guò)程隱含于縱向過(guò)程的每一步之中。要提供客戶(hù)高可靠性產(chǎn)品，需要將可靠性設計的理念自始至終的貫穿整個(gè)產(chǎn)品設計的縱向和橫向過(guò)程中[1-2]。電子產(chǎn)品可靠性設計包括可靠性設計和可靠性設計管理兩個(gè)方面，如圖一所示[3-4]。
1可靠性設計管理目標
在論述可靠性設計管理之前，需要明確可靠性設計管理的目標是什么。根據筆者的設計經(jīng)驗，電子產(chǎn)品設計有三條研發(fā)平行線(xiàn)，也可以說(shuō)三個(gè)研發(fā)層次：功能與性能設計、可制造性設計、可靠性設計，如圖二所示。功能和性能設計是指通過(guò)軟件和硬件手段設計出“達到”用戶(hù)要求的產(chǎn)品，功能和性能設計的基礎是用戶(hù)需求�？芍圃煨栽O計是指為了滿(mǎn)足用戶(hù)批量使用要求而進(jìn)行的物料、供應商、工藝（設計、生產(chǎn)）、工裝測試等方面的設計工作，是使設計的產(chǎn)品從制造角度“持續達到”用戶(hù)要求�？煽啃栽O計是指通過(guò)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(hù)要求。這三個(gè)層次是一個(gè)漸進(jìn)層次，其頂點(diǎn)就是可靠性設計層次，同時(shí)這三個(gè)層次在具體實(shí)施的時(shí)候是平行的，要真正設計出超越用戶(hù)要求的產(chǎn)品，在進(jìn)行功能、性能設計的同時(shí)需要進(jìn)行可制造性設計和可靠性設計[5]。
2可靠性設計管理分析
從圖一可以看出，可靠性設計管理是一個(gè)復雜的系統管理，不但包含對人力資源的管理，還包括工具、方法、供應商等各個(gè)方面。下面將從人、工具、物料等幾個(gè)方面簡(jiǎn)單分析。
2.1人從人的角度來(lái)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，使設計人員能夠達到可靠性設計的技術(shù)水平和可靠性設計的意識。提升設計人員技術(shù)水平使之達到可靠性設計要求的技術(shù)水準，以硬件工程師為例，硬件工程師必須成為硬件設計師、器件工程師、工藝工程師、測試工程師，做到4類(lèi)設計師才是合格的硬件工程師。硬件工程師素質(zhì)簡(jiǎn)化模型如圖三所示。一個(gè)僅僅能夠進(jìn)行原理設計和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，并在設計過(guò)程中應用這些知識，從而實(shí)現設計可靠、性能可靠、器件可靠、可制造性高的電子產(chǎn)品。在提高設計人員的可靠性設計意識方面，我們要求研發(fā)人員對產(chǎn)品全生命周期負責，任何質(zhì)量問(wèn)題都源于設計，采用產(chǎn)品質(zhì)量追溯問(wèn)責制，充分讓設計人員意識到設計高可靠性產(chǎn)品是對產(chǎn)品品質(zhì)負責、對用戶(hù)負責、對自己負責，從而使可靠性設計成為設計人員的自主自覺(jué)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、物料體系的穩定性、供應商管理的角度去規范管理，使物料設計、物料體系達到可靠性設計的要求。從器件選型角度來(lái)說(shuō)，設計師首先列出可靠性指標并根據需求和指標完成初步選型，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(jìn)行分類(lèi)篩選。關(guān)鍵器件需要進(jìn)行相關(guān)的局部電路測試，重點(diǎn)考核其性能與功能是否達到可靠性指標。弱質(zhì)量器件需要進(jìn)行重點(diǎn)故障規避，防止使用過(guò)程的質(zhì)量問(wèn)題。從供應商管理角度來(lái)說(shuō)，一定不要將樣機階段的供應商物料與批量階段的供應商物料對等處理，因為這是不同的兩個(gè)過(guò)程。我們要約束供應商提供可靠品牌、可靠渠道、可靠產(chǎn)地、性能一致性高的物料，同時(shí)與供應商共同加強管理，達到可靠性上的“雙贏(yíng)”。
2.3機這里所謂的“機”，在電子產(chǎn)品設計上可以引申為工具，好的設計工具在電子產(chǎn)品設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(lài)的.，只有合理利用適當的工具才能夠對設計提升有幫助。目前，電子電路設計軟件如Candence/Alegro、Protel99se的升級版Altium.Designer等EDA軟件均具有各類(lèi)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計時(shí)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。圖四顯示的是某原理圖中Ram存儲器啟動(dòng)時(shí)的信號仿真。利用PCB后期的信號完整性測試，可以在實(shí)際板件未制作前完成與PCB工藝和各種器件參數匹配的信號完整性測試，而在以往這些測試是需要經(jīng)過(guò)幾次制板調試才能夠完成的。圖五顯示的是某PCB板件測試點(diǎn)的信號完整性分析。各類(lèi)有限元分析軟件和專(zhuān)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工程師在設計時(shí)準確把握產(chǎn)品的空間熱設計。圖六顯示的是某電子設備板件熱特性分析。
2.4法從法的角度，包含設計過(guò)程中的設計方法、測試分析方法，當然也包括本文我們所研討的設計管理方法。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，智能院每一種產(chǎn)品和板件都經(jīng)過(guò)包括靜電、脈沖群、雷擊浪涌、高低溫、震動(dòng)、電源抗反接、異常狀態(tài)模擬測試、功能極限測試等各類(lèi)嚴格的歸零測試。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用環(huán)境進(jìn)行研究，形成各種主機環(huán)境、各種應用環(huán)境下的針對性測試模型，將我們的每個(gè)產(chǎn)品放在這些模型中進(jìn)行可靠性測試，從而真正達到并超越客戶(hù)要求的高性能、高可靠性產(chǎn)品。從設計角度來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品關(guān)鍵模塊測試與設計過(guò)程同步、關(guān)鍵電路理論模型數據與實(shí)際測量數據比對、信號完整性分析、軟件可用性評估等已經(jīng)在智能院各類(lèi)產(chǎn)品的設計過(guò)程中得到應用。以后我們還會(huì )將這些在產(chǎn)品的全生命周期，從設計、用戶(hù)反饋、售后質(zhì)量、故障品維修中發(fā)現和解決的問(wèn)題，形成故障樹(shù)，使產(chǎn)品生命線(xiàn)可追溯，并保持產(chǎn)品間的借鑒性。從設計管理方法上講，我們雖然形成了一定的可靠性設計的思路，但是尚缺乏系統性和完整性，下一步我們將在可靠性設計上逐步形成一整套可行可靠的方法論，并通過(guò)可靠性設計管理加以固化和約束。
3結束語(yǔ)
設計精品化產(chǎn)品、生產(chǎn)精品化產(chǎn)品、提供精品化系統自始至終是智能院追求的目標，在精品化戰略目標下，我們始終將締造世界最高品質(zhì)產(chǎn)品作為我們的目標�？煽啃栽O計作為實(shí)現這個(gè)目標的必經(jīng)階段，首先從設計管理入手，使可靠性設計理念深入到產(chǎn)品的全生命周期，目前我們雖然形成了一定的可靠性設計的思路，但是尚缺乏系統性和完整性，下一步我們將在可靠性設計上逐步形成一整套可行的方法論，并通過(guò)可靠性設計管理加以固化和約束。
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