產(chǎn)品研發(fā)的性能設(shè)計與可靠性設(shè)計現(xiàn)狀分析

吳英杰 雷宏云

（陜西凌云電器集團有限公司，陜西 寶雞 721000）

0 概述

產(chǎn)品研發(fā)過程中，一方面要進行功能和性能(固有能力)設(shè)計（以下統(tǒng)稱為性能設(shè)計）以滿足產(chǎn)品的專用特性要求，另一方面要進行“五性”（可靠性、維修性、測試性、安全性與保障性，以下統(tǒng)稱為可靠性）設(shè)計以滿足產(chǎn)品的通用特性要求。兩個設(shè)計同時達到了，才是一個真正合格的產(chǎn)品，這就要求研發(fā)人員必須既能掌握性能設(shè)計，又能掌握可靠性設(shè)計，成為雙面手。

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。可靠性設(shè)計的目的是挖掘與確定產(chǎn)品潛在的隱患和薄弱環(huán)節(jié)，并通過設(shè)計預(yù)防與改進，有效地消除隱患和薄弱環(huán)節(jié)，從而提高產(chǎn)品的可靠性水平，滿足產(chǎn)品可靠性要求。隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，對產(chǎn)品研發(fā)不僅性能要求嚴格，而且可靠性指標（平均故障間隔時間）要求越來越高，已經(jīng)從原來的幾百小時到現(xiàn)在的幾千小時甚至上萬小時，因此，可靠性設(shè)計對產(chǎn)品可靠性具有重要影響。

1 現(xiàn)狀分析

以往產(chǎn)品的設(shè)計過程就是根據(jù)產(chǎn)品的功能和性能及其它要求，收集資料、調(diào)研、討論，軟、硬件功能的需求分析及分配，按照信號流程圖，設(shè)計出總體電路功能框圖，再參考典型產(chǎn)品，經(jīng)典電路、新技術(shù)電路等、使用硬件功能模塊、軟件功能模塊及接口緩沖電路等將各部分有機的結(jié)合起來，經(jīng)過關(guān)鍵課題試驗、原理性試驗，形成電路方案，做出符合功能、性能要求的產(chǎn)品，并通過試驗，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，改進完善，交出合格產(chǎn)品。但以上過程沒有主動將可靠性設(shè)計要求落實到產(chǎn)品研制的全過程中去，或者整個過程忽略了可靠性設(shè)計這一重要的環(huán)節(jié)。還有一種說法是“新產(chǎn)品的設(shè)計與開發(fā)，首先是解決‘有、無’問題，可靠性以后再補上。”正因為這樣，在傳統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)過程中，把產(chǎn)品的性能樣機開發(fā)出來后，再把可靠性設(shè)計加到產(chǎn)品中去，這是很錯誤的理念，會出現(xiàn)所謂的“兩張皮”現(xiàn)象。

傳統(tǒng)的設(shè)計思想是不考慮市場的牽制和用戶的需求，只重視產(chǎn)品的性能設(shè)計，忽略其可靠性設(shè)計，沒有重視可靠性設(shè)計在產(chǎn)品研發(fā)中的作用，設(shè)計目標僅滿足驗收標準而已，導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)初期投入、更改少，后期投入、更改大，質(zhì)量波動大，被動等待解決故障問題，很難滿足用戶要求和市場需求，甚至研發(fā)出了合格的“廢品”，最終導(dǎo)致局部或全劇的重新設(shè)計，代價更大。

那么究竟可靠性設(shè)計在產(chǎn)品研發(fā)中有什么樣的作用呢？一是可靠性是產(chǎn)品固有特性之一，可靠性設(shè)計保證了產(chǎn)品的固有可靠性。一旦完成設(shè)計，產(chǎn)品的可靠性就已經(jīng)確定。如果在設(shè)計階段忽略了可靠性設(shè)計，比如元器件、原材料選用不當，設(shè)計裕度考慮不足，沒有進行可靠性預(yù)計和分析，沒有進行故障模式及影響分析（FMEA）等，就難以提高產(chǎn)品的可靠性；二是可靠性設(shè)計是市場競爭的需要，現(xiàn)代科學(xué)迅速發(fā)展，同類產(chǎn)品競爭激烈，淘汰速度快，因而要求產(chǎn)品的可靠性要高的同時，研制周期還要短，如果忽略了可靠性要求，等到產(chǎn)品完成設(shè)計后，發(fā)現(xiàn)了缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，再進行技術(shù)改進，勢必推遲產(chǎn)品投放市場時間，降低競爭力；三是如果可靠性設(shè)計與產(chǎn)品研發(fā)同步進行，那么耗資最少，效果最顯著。有一項統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使用和保障費用耗資與研發(fā)過程中進行可靠性與維修性所耗資比例為30：1。

由此可見，可靠性與產(chǎn)品的性能一樣，是從產(chǎn)品設(shè)計與開發(fā)一開始就要設(shè)計到產(chǎn)品中去的，如果單從性能考慮，即使開發(fā)出了符合性能要求的產(chǎn)品，但可靠性不見得那么容易加進去，出現(xiàn)“兩張皮”現(xiàn)象，結(jié)果造成產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)和設(shè)計隱患沒有及時被發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致產(chǎn)品部分性能和可靠性指標不能滿足要求，在使用過程中產(chǎn)品故障多，技術(shù)人員疲于應(yīng)付解決各類技術(shù)質(zhì)量問題，生產(chǎn)和服務(wù)保障的成本也隨即大大提高，用戶評價低，抱怨多，給企業(yè)帶來聲譽和經(jīng)濟上的損失。

2 解決措施

在有限的資源（費用、周期等）約束下，如何完成產(chǎn)品的性能設(shè)計和可靠性設(shè)計，實現(xiàn)產(chǎn)品的專用特性和通用特性的優(yōu)化平衡，應(yīng)從以下幾個方面做起：

第一，轉(zhuǎn)變設(shè)計思想。產(chǎn)品設(shè)計應(yīng)考慮市場牽引和用戶需求，將性能設(shè)計和可靠性設(shè)計綜合權(quán)衡，以在研發(fā)初期多投入、多更改，后期少投入、少更改為指導(dǎo)思想，以滿足用戶需求和質(zhì)量穩(wěn)定為目標，及早尋找故障，預(yù)防故障發(fā)生，創(chuàng)造低成本、高質(zhì)量、適銷對路的產(chǎn)品。

第二，性能設(shè)計和可靠性設(shè)計同步進行。產(chǎn)品正常的研制過程應(yīng)該是根據(jù)產(chǎn)品的性能及可靠性要求，設(shè)計出功能原理框圖，同時依據(jù)可靠性的定性、定量要求及專項設(shè)計要求、新技術(shù)應(yīng)用等，將可靠性作為固有屬性同步設(shè)計到產(chǎn)品中去。通過可靠性預(yù)計、仿真、分析等手段找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)并及時改正，如可靠性預(yù)計能發(fā)現(xiàn)的缺陷和方案選擇，故障模式及影響分析出了產(chǎn)品所有可能產(chǎn)生的故障模式以及引起每個故障模式的原因和影響，并針對原因采取相應(yīng)改進措施等等，再通過各種試驗驗證，如環(huán)境試驗、可靠性試驗等以考核產(chǎn)品的指標是否能滿足要求，對試驗中發(fā)現(xiàn)的問題及時給與分析解決，形成真正合格的產(chǎn)品；

第三，進行產(chǎn)品的性能設(shè)計和可靠性設(shè)計時，應(yīng)綜合考慮以下幾點：（1）研發(fā)風(fēng)險問題。產(chǎn)品的集成化程度越來越高，帶來了產(chǎn)品可靠性下降風(fēng)險，使研發(fā)風(fēng)險增加，須采取相應(yīng)的避險措施；（2）環(huán)境差異問題。產(chǎn)品的使用從陸地到海洋至太空，使用環(huán)境越來越嚴酷，對產(chǎn)品的可靠性的實現(xiàn)提出了挑戰(zhàn)，如平均故障間隔時間加長，維修時間縮短，保障設(shè)施齊全等；（3）安全問題。產(chǎn)品的可靠性直接影響使用者的生命安全，使安全性設(shè)計受到關(guān)注；（4）市場競爭因素。“性能優(yōu)良、功能齊全”并不是用戶選擇的唯一因素，產(chǎn)品是否可靠、是否便于維修、保養(yǎng)和維修費用是否經(jīng)濟實惠等通用特性對用戶的選擇是很重要的參考因素。

3 結(jié)束語

產(chǎn)品研發(fā)人員既能掌握性能設(shè)計，又能掌握可靠性設(shè)計，才能設(shè)計出性能、可靠性都滿足要求的產(chǎn)品。當然，產(chǎn)品可靠性團隊必須跟蹤并掌握可靠性先進技術(shù)及管理方法，把適用的技術(shù)、管理方法、工具傳授給研發(fā)、生產(chǎn)、技術(shù)服務(wù)、管理等人員，使他們充分掌握必要的相關(guān)的可靠性知識與方法技術(shù)，促使性能設(shè)計和可靠性設(shè)計在研發(fā)、生產(chǎn)中有機結(jié)合，才能真正提高產(chǎn)品的可靠性。

［1］曾聲奎.可靠性設(shè)計與分析[M].北京：國防工業(yè)出版社，2013.