設(shè)計(jì)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(guī)定時(shí)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(jì)包括縱向過(guò)程和橫向過(guò)程，其中縱向過(guò)程包括設(shè)計(jì)預(yù)研、方案論證、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、物料選型、原理樣機(jī)、功能樣機(jī)、小批樣機(jī)、批量生產(chǎn)、質(zhì)量跟蹤、設(shè)計(jì)持續(xù)改進(jìn)等；橫向過(guò)程包括用戶需求分析、可靠性測(cè)試、產(chǎn)品工藝分析、可制造性分析、客戶跟蹤等。其中橫向過(guò)程隱含于縱向過(guò)程的每一步之中。要提供客戶高可靠性產(chǎn)品，需要將可靠性設(shè)計(jì)的理念自始至終的貫穿整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的縱向和橫向過(guò)程中[1-2]。電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)包括可靠性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)管理兩個(gè)方面，如圖一所示[3-4]。
1可靠性設(shè)計(jì)管理目標(biāo)
在論述可靠性設(shè)計(jì)管理之前，需要明確可靠性設(shè)計(jì)管理的目標(biāo)是什么。根據(jù)筆者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)有三條研發(fā)平行線，也可以說(shuō)三個(gè)研發(fā)層次：功能與性能設(shè)計(jì)、可制造性設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)，如圖二所示。功能和性能設(shè)計(jì)是指通過(guò)軟件和硬件手段設(shè)計(jì)出“達(dá)到”用戶要求的產(chǎn)品，功能和性能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是用戶需求。可制造性設(shè)計(jì)是指為了滿足用戶批量使用要求而進(jìn)行的物料、供應(yīng)商、工藝（設(shè)計(jì)、生產(chǎn)）、工裝測(cè)試等方面的設(shè)計(jì)工作，是使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品從制造角度“持續(xù)達(dá)到”用戶要求。可靠性設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)出超越用戶要求的產(chǎn)品，在進(jìn)行功能、性能設(shè)計(jì)的同時(shí)需要進(jìn)行可制造性設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)[5]。
2可靠性設(shè)計(jì)管理分析
從圖一可以看出，可靠性設(shè)計(jì)管理是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)管理，不但包含對(duì)人力資源的管理，還包括工具、方法、供應(yīng)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(shè)計(jì)人員能夠達(dá)到可靠性設(shè)計(jì)的技術(shù)水平和可靠性設(shè)計(jì)的意識(shí)。提升設(shè)計(jì)人員技術(shù)水平使之達(dá)到可靠性設(shè)計(jì)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(jì)師、器件工程師、工藝工程師、測(cè)試工程師，做到4類(lèi)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(cè)試的知識(shí)，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用這些知識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(jì)人員的可靠性設(shè)計(jì)意識(shí)方面，我們要求研發(fā)人員對(duì)產(chǎn)品全生命周期負(fù)責(zé)，任何質(zhì)量問(wèn)題都源于設(shè)計(jì)，采用產(chǎn)品質(zhì)量追溯問(wèn)責(zé)制，充分讓設(shè)計(jì)人員意識(shí)到設(shè)計(jì)高可靠性產(chǎn)品是對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)負(fù)責(zé)、對(duì)用戶負(fù)責(zé)、對(duì)自己負(fù)責(zé)，從而使可靠性設(shè)計(jì)成為設(shè)計(jì)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(wěn)定性、供應(yīng)商管理的角度去規(guī)范管理，使物料設(shè)計(jì)、物料體系達(dá)到可靠性設(shè)計(jì)的要求。從器件選型角度來(lái)說(shuō)，設(shè)計(jì)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(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(cè)試，重點(diǎn)考核其性能與功能是否達(dá)到可靠性指標(biāo)。弱質(zhì)量器件需要進(jìn)行重點(diǎn)故障規(guī)避，防止使用過(guò)程的質(zhì)量問(wèn)題。從供應(yīng)商管理角度來(lái)說(shuō)，一定不要將樣機(jī)階段的供應(yīng)商物料與批量階段的供應(yīng)商物料對(duì)等處理，因?yàn)檫@是不同的兩個(gè)過(guò)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(shí)與供應(yīng)商共同加強(qiáng)管理，達(dá)到可靠性上的“雙贏”。
2.3機(jī)這里所謂的“機(jī)”，在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)上可以引申為工具，好的設(shè)計(jì)工具在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)墓ぞ卟拍軌驅(qū)υO(shè)計(jì)提升有幫助。目前，電子電路設(shè)計(jì)軟件如Candence/Alegro、Protel99se的升級(jí)版Altium.Designer等EDA軟件均具有各類(lèi)仿真和信號(hào)完整性測(cè)試、工藝圖測(cè)試等功能。利用這些工具我們就可以在原理圖設(shè)計(jì)時(shí)完成功能性信號(hào)仿真和測(cè)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(chǔ)器啟動(dòng)時(shí)的信號(hào)仿真。利用PCB后期的信號(hào)完整性測(cè)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(shù)匹配的信號(hào)完整性測(cè)試，而在以往這些測(cè)試是需要經(jīng)過(guò)幾次制板調(diào)試才能夠完成的。圖五顯示的是某PCB板件測(cè)試點(diǎn)的信號(hào)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(shè)計(jì)時(shí)準(zhǔn)確把握產(chǎn)品的空間熱設(shè)計(jì)。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(jì)過(guò)程中的設(shè)計(jì)方法、測(cè)試分析方法，當(dāng)然也包括本文我們所研討的設(shè)計(jì)管理方法。以測(cè)試分析方法為例，目前智能院測(cè)試體系已經(jīng)基本健全，正在不斷豐富和完善測(cè)試系統(tǒng)，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(cè)試、功能極限測(cè)試等各類(lèi)嚴(yán)格的歸零測(cè)試。這些測(cè)試保證了產(chǎn)品的可靠性和質(zhì)量。但是這些是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，下一步我們將針對(duì)工程機(jī)械應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行研究，形成各種主機(jī)環(huán)境、各種應(yīng)用環(huán)境下的針對(duì)性測(cè)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(cè)試，從而真正達(dá)到并超越客戶要求的高性能、高可靠性產(chǎn)品。從設(shè)計(jì)角度來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品關(guān)鍵模塊測(cè)試與設(shè)計(jì)過(guò)程同步、關(guān)鍵電路理論模型數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)比對(duì)、信號(hào)完整性分析、軟件可用性評(píng)估等已經(jīng)在智能院各類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中得到應(yīng)用。以后我們還會(huì)將這些在產(chǎn)品的全生命周期，從設(shè)計(jì)、用戶反饋、售后質(zhì)量、故障品維修中發(fā)現(xiàn)和解決的問(wèn)題，形成故障樹(shù)，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(jì)管理方法上講，我們雖然形成了一定的可靠性設(shè)計(jì)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(jì)上逐步形成一整套可行可靠的方法論，并通過(guò)可靠性設(shè)計(jì)管理加以固化和約束。
3結(jié)束語(yǔ)
設(shè)計(jì)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)。可靠性設(shè)計(jì)作為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的必經(jīng)階段，首先從設(shè)計(jì)管理入手，使可靠性設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)上逐步形成一整套可行的方法論，并通過(guò)可靠性設(shè)計(jì)管理加以固化和約束。
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