導入黑盒部件時品質保證的方法研究

過兆平

摘要：在目前科技高速發展的時代，產業分工越來越細致，越來越專業。作為整體產品的研發生產企業，對于其中的所有部件做到自我生產是幾乎不可能的。因此，對于整機廠商而言，向供應商購買的部件技術越來越黑盒化。對于如何提高黑盒化部件的品質水平，各個企業也是絞盡腦汁，本文就如何有效地提高黑河部件品質的方法進行了研究，談一些心得體會。

關鍵詞：黑盒部件，品質保證，FMEA

1. 黑盒部件導入的課題

產品生產商購買的部件有白盒（white box），灰盒（grey box），黑盒（black box）部件。所謂的白盒，黑盒這個詞匯出自于軟件測試行業。白盒是指內部代碼都完全明確的部分，對于這些部分軟件測試人員能夠非常準確地整理出相關的漏洞。而對于黑盒，測試人員并不完全清楚內部的詳細規格，一般測試人員只能通過確認外部的動作來驗證軟件。

在硬件領域也是一樣的。特別是產品生產商對于自己公司設計生產的部件（白盒）的規格是非常清楚的，因此也更能準確地設定信賴性檢證的項目。同時，對于自己公司設計的部件的弱點也是非常清楚的，因而對于部件的故障模式和設計的注意點也時更容易把握的。

而對于黑盒產品，由于不了解內部的設計規格，我們只能驗證它的接口特性。

例如，多功能一體機中的HDD的步進電機，雖然它的接口規格大家都很明了，但是它內部的設計規格卻是都不知道的。所以，產品生產商由于對于黑盒產品內部到底有多少品質隱患的不明確性導致產品出現市場問題，也是常有的事情。于供應商而言，在設計初期將自己公司內部的設計資料向外公開是非常困難的。這也是那些黑盒部件的檢證變得困難的根本原因。

而灰盒部件則是兼于白盒，黑盒之間的部件。一般灰盒部件是指那些根據產品生產商的要求機能，性能，規格，而詳細設計和生產是委托給部件廠商的那些部件。比如，在汽車行業，整車廠會提出需要部件的要求機能，性能和設計規格，甚至于會涉及到部件內部的構造設計或者生產流程的考慮，因此可以確保供應商提供的部件的品質。

2. 導入黑盒部件所需的品質保證的方法

前文所述，當使用黑盒部件時會有潛在的品質風險。本節將就多功能一體機中的HDD采購時所需的品質評價流程進行闡述。

導入黑盒部件所需要的品質評價流程，主要有以下四個行為：

1. 以往的問題事例的收集

2. 使用FTA進行故障原因的解析

3. FMEA研討（里面又分部件單體信賴性的FMEA，產品和部件匹配性的FMEA，部件制造品質驗證的FMEA）

4. 為了驗證部件內部問題的試驗（信賴性試驗，匹配性試驗）

首先，為了決定品質評價的項目，如下所示需要收集以往的部件品質問題事例。以往的品質問題事例是產品生產商部件品質評價項目的基礎。

△ 產品生產商工廠內部發生的問題

△ 客戶的投訴

△ 產品開發時候發生的部件問題

△ 部件EOL時替換品和產品發生的不匹配問題

△ 部件內部信賴性問題導致的部件短期故障

△ 一般文獻里面記載的部件問題事例

接著，是根據收集到的以往部件故障事例的情報，利用FTA解析方法，分析故障的原因。圖1是使用FTA手法分析的HDD故障的機理。

當發生HDD數據讀取不了的時候，及時給機器上了電機器也是啟動不了的。因此如果使用FTA方法，就能夠明確各種部件故障的機理。

下面，我們來研討防止問題再次發生的FMEA，因為使用了FTA了解了故障發生的機理，但是我們如何才能將故障發生防患于未然，如何才能預見到可能發生問題的部件。此時，需要集中設計，品質管理，采購，部件評價相關部門的技術人員對部件問題再發防止對策進行研討。

圖2是FMEA的樣板，FMEA制定的要點是必須考慮部件故障模式和故障模式對于整個系統的影響度。為了防止品質問題的發生，一般會在FMEA表里寫上產品和部件設計的注意點。根據FMEA的研討結果，我們需要算出PRN（Priority Risk Number），根據算出值制定部件問題對策的優先順序。

特別是，對于像HDD這種黑盒部件，為了對他的品質進行深刻的把握，我們要做以下三種FMEA，主要目的是能夠明確部件內部的潛在問題：

1. 部件設計品質，部件信賴性的FMEA

2. 部件和產品匹配性驗證的FMEA

3. 部件生產品質用的FMEA

當進行第一種FMEA的時候，需要產品生產商向部件供應商就問題信息進行反饋，在部件設計時就盡量將其品質提高。當進行第二種FMEA時，當發現部件和產品不匹配時需要向產品設計人員反饋問題信息，在產品設計階段盡量提升產品和部件的匹配性。同樣的，當進行第三種FMEA時，如果發生了部件生產品質的問題時，需要審查生產工序，改善相應的工程。

如上所示的FMEA的具體事例，我們使用HDD進行說明。先是關于部件設計品質和部件信賴性的檢證實例，由于外部的震動導致HDD旋轉速度變慢被列舉出來了。而HDD旋轉速度變慢的原因有，HDD內部讀取頭由于外部震動的原因，磁性存儲媒介所存儲的信息無法準確地被讀出，從而導致讀取頭一直在反復讀取。由于磁性存儲數據無法被準確地讀取出來，讀取速度變慢，從而旋轉速度也變慢了。就像這樣，使用FTA手法明確了HDD旋轉速度變慢的機理，從而能夠在HDD設計時就導入相關的必要規格。比如，HDD部件規格書中，有寫到對于HDD施加的震動頻率范圍為5-500Hz或者1G以上。這是因為，當對其施加500Hz以上的震動時，根據時時觀測的HDD旋轉速度數據發現HDD的旋轉速度受到了較大的影響。

通過上述的實驗，不但明確了該HDD所匹配的震動頻率范圍，同時也能相對把握住各個供應商的部件信賴性差異。這就是HDD信賴性驗證FMEA的實際事例，這個能夠適用于各種尺寸的HDD。但是不管是運用FTA，FMEA都是要確認很多的項目，要花很多的時間和人力。

3. 如何提高黑盒部件的品質保證效率

如圖3所示為導入HDD這種黑盒部品時的供應商選定流程。

起先，根據部品的采購計劃，算出所需部品的數量，交期和目標價格，根據這些要求選定供應商。當然，所謂的采購計劃是需要和產品的開發計劃，生產計劃相吻合的。

當選定供應商時，必須考驗供應商是否在數量和交期上靈活對應，還有在價格層面是否有競爭力，為此我們需要向多家供應商詢價然后從中選擇最優的供應商。之前提到的逆向競價的做法，產品生產商能夠通過這個方法有效地控制部品的價格，最近采用這種做法的產品生產商也在增多。另外，我們在選定供應商時總是會為了以防各種突發事件，同一個部品會選定數家。

然后，為了產品和部品的匹配性，我們會挑選有能力提供相匹配部品的供應商。比如，客戶使用的HDD，會挑選符合客戶所要求的轉速，接口，震動特性，耐沖擊要求，消費電力規格的廠家。

接著，客戶會對供應商進行各種審查，包括：歐洲規定的環節有害物質的監測，會挑選能夠穩定對應RoHS（Restriction of Hazardous Substances）或者REACH（Registration Evaluation Authorization and Restriction of Chemicals）的供應商。如果供應商無法提供相關證明，則產品生產商必然需要自己運用相關設備進行有害物質的檢測。

還有，對部品的安全性，UL（Underwriters Laboratories）規格等等進行驗證。具體的安全性檢驗項目是指電子部品的開路，短路發煙發火實驗，電磁兼容EMI（Electro Magnetic Immunity）實驗等等。通常，可能只是從供應商那里拿到數據確認一下就可以了，但是根據情況不同可能需要將部品裝入產品中進行實際的驗證。

另外，會選定部品信賴性優良的供應商。根據實際情況，有些供應商不會在規格書中寫明類似于對于溫度，濕度的耐久特性。遇到這種供應商，客戶會對其部品進行必要的信賴性試驗，以提前排查部品隱藏的品質問題。所以一般會挑選能夠準確提供信賴性條件的供應商。

最后，關于部品和產品的匹配性試驗，必然是選擇匹配合格的供應商。雖然為了削減開發投資導入了類似HDD這種黑盒部品，但是當發生匹配性問題時，必然要么是產品這里進行相應的設計更改，要么是廠家對部品進行設計更改，總之關于匹配性的話會和供應商必須得達成共識。

綜上所述，為了選擇優良的供應商，不僅僅是關注于部品的價格和交期，也不僅僅是拿到規格書就OK了，而是要挑選那些能將信賴性數據等等技術情報能夠公開的供應商。同時更希望能夠當匹配性問題發生時，配合度和協力度更好的供應商。

HDD是廣泛被整機廠家使用的電子部品，由于產品本身有很強的共通性，對于整機廠家而言，HDD是一個黑盒部品。同時，HDD因為融合了機械，電子，軟件，材料等等各種技術，所以他也是最為復雜的部品之一。

我們將從之前說的以下五點對供應商進行評估：

1.關于部品故障解析信息的公開。

1.部品信賴性信息的公開。

2.部品設計或者制造流程的信息公開。

3.根據顧客要求對應設計變更的能力。

5.部品品質問題發生時是否能迅速對應。

對于供應商的分數，將由2-1式來決定，對每個評價項目的權重（Wi）進行打分（Xi），然后總得分由他們的乘機之和算出，而權重以及分數的范圍為0-2分。

（2-1）

Fig.3

關于故障解析信息公開，具體有以下要求：①電路信息，②讀取頭信號輸出信息，③Primary list等故障模塊信息，④使用FTIR，SEM-EDX對故障進行解析，⑤SMART（Self-Monitoriong Analysis and Reporting Technology）信息。

HDD廠家的話，除了對應大客戶，為了削減工時，普遍是不會使用FTIR或者EDX這類特殊的設備的，而是用一些簡易的設備進行解析。為此，要尋找那些愿意為了客戶使用FTIR或者EDX這類復雜的工具，對問題點進行深挖的供應商。

從HDD供應商處獲得故障診斷工具，電路圖是非常重要的。這些信息，是作為供應商向客戶解釋問題的機理非常有用的信息。而且，它們也是當部品和產品不匹配時進行設計更改，改善的信息源泉。從，HDD供應商那里拿到的SMART信息也是很重要的，根據HDD的產品規格書，SMART信息有10個參數，里面記載了關于馬達啟動時間，不良通道數，讀取和寫入故障率等等。這些信息對于判斷HDD內部潛在的問題和部品的老化等等是非常有效的。但是，SMART信息是根據HDD廠家不同而不同的，為了詳細把握這些信息需要向廠家具體詢問。

參考文獻：

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