提升电子产品牢靠性的设计方法产品的牢靠性设计方法，从表面上看都是技术问题，但实质上包含技术和管理两个方面，没有技术不行，有了技术，如何把技术贯彻到位也会有好多细微环节该留意。所以本文的牢靠性提升方法中也包含进去一些设计管理方法的内容。 中小企业提升产品牢靠性的几大难题，经过笔者多年来和各类企业的多位技术管理者的沟通，不外乎几个问题： 1牢靠性概念太困难，又是概率又是英文简写的专业词汇，不知道和我的产品有什么干脆的联系，不知道这些技术指标如何用于评价产品的牢靠性程度； 2牢靠性试验一般要求较多的样本数量，公司规模较不大，生产的是专业化设备，批量很小，小批量设备下如何开展牢靠性试验摸不着头绪； 3公司每年的营业额不过几百万几千万，没有那么多的资金用于牢靠性试验费用和设备的购置； 4公司想提升产品牢靠性，也想配备专业技术人员，但这方面技术人员难招到，即使招到大都是外企的背景，要价较高，干了一年多也没什么成效； 5以上措施都不好使时，那就寄希望于设计人员个人的技术水平比较高，设计出的东西能耐用，但是一台机器不能只靠一个人完成，就像木桶盛水多少取决于最短的那块木板一样，机器的整体水平往往在最薄弱的环节暴露故障，我们也不行能保证每个项目的设计者都是梦之队成员。 6请专家帮助，如高校、科研院所、华为、中兴等大的机构的人员来进行指导，最终的结果往往不了了之，好像是在听天书，专家说的全对，就是没方法实施，对中小企业这也是现状，也让人困惑无从下手。 以上这些问题，有些是我们中小企业管理者的错误相识，有些是我们的企业现状的无奈，还有就是国家完全的产业技术环境造成的，我们不必怨天尤人，在迷茫中立足于企业现实起先我们的产品牢靠性提升之旅。 产品牢靠性问题出现的缘由分为两个，一个是设计的牢靠性（也称固有牢靠性）是否好；一个是固有牢靠性在生产运用中是否能得到技术管理保障。现在大多数学者的牢靠性探讨集中在牢靠性保障方面，中小企业技术管理者的几点困惑就是这种现象导致的，牢靠性保障好像成了牢靠性的全部，但中小企业的现实是产品的固有牢靠性设计的就很不好，后面再怎么保障能使牢靠性维持在较高水平呢？设计是产品牢靠性的基础，对军工企业、大企业，他们的设计牢靠性是可以保证的，然后再讲牢靠性试验、预料、保障是对的，但中小企业产品的设计牢靠性就不好，就该把重心放在产品牢靠性设计的技术方法和设计限制管理上才对。以下的方法就是基于这个基本思路绽开。 1基于产品故障的失效分析和失效预防 产生上面几条感慨的企业一般都有几年的时间了，对于这种企业，其实驾驭着一个宝藏，对这个宝藏妥当利用了，产品的牢靠性将有特别明显的提升。这个宝藏就是过去几年的投诉记录和质量分析记录。对这些记录统计，组织分析缘由，试验确认这些缘由的确是导致失效的因素，然后探讨出预防措施，余下的就是在公司运营中确保预防措施被执行了。做到了这几点，产品的牢靠性提升将是自不待言的。这个分析和试验的过程会涉及一些较高难的技术方法，但依常规80%以上的问题会很简洁就被解决的。 以笔者经验的一个案例来说明，一个液体流量阀，里面有一个靠弹簧顶住的截流板，间或有客户投诉我们的产品未开机就漏液，原来在研发试验室的时候，没有发生过这问题，技术人员也没太重视，此时就始终拖下去了，后来公司加了项考核指标“投诉问题解决率”（解决的问题数占总投诉比例数的百分数），研发才真正重视起来，开会分析缘由（如下图）。 然后一项项试验，液体源试验也不用太困难，塑料桶开个孔，把桶里水的液面抬高，出水管口的管压增大看阀是否漏水，发觉不加压就漏，加压漏得更厉害；把截流板拆到另一个阀上试验协作是否紧密，确认了协作没有问题；最终确认换成原来研发用的弹簧，发觉不漏液，换回来就又漏；初步确认为弹簧问题，检查弹簧在挂上相同重量的物体后，形变有差异，研发用的弹簧形变小。多次几个不同弹簧验证，确认失效缘由是弹簧在多次运用后弹性系数发生改变，而设计图纸上又没有关于这项指标的检验方法，因为没有检测弹簧的工具，并且形变是发生在运用一段时间之后在公司也不好入检。于是找选购人员查厂家的信息，发觉研发样件的厂家和批量生产厂家不是同一家，所以就在外购件规格书上对供货厂商进行了指定，制定研发样件的厂家为供应商，并封样，要求厂家依据封样的弹簧的材料、规格和强度等指标供货，公司舍不得买台弹簧拉压测试仪，就通过非技术手段解决，不过后来此类问题也没再发生过。 从这个事例看出，许多问题的分析其实也并不是很困难，解决问题的预防措施也未必就是改动设计。只要我们肯静下心来，静心分析，解决也并不难。液压改变的试验装置也是大家集思广益的结果。 通过这种方法，有了价值50元钱的电快速脉冲群测试仪、有了价值200元的辐射抗扰度测试仪、有了价值300元的盐雾试验箱，有了我们产品的常见失效模式，然后有了针对性措施，产品牢靠性有了明显增长。 这个方法的执行要素有几点：有故障数据和现象记录；有技术分析会议；针对分析的试验；针对试验结论的分析结论；针对结论的预防措施和实施到位。有人说，这么简洁，但事实上就是这样简洁的事情没做好，最常见问题的两个地方是：针对分析的试验方面不详细；针对试验结论草率下结论。这都是人存在的弱点，不是技术的难度。 总结到一点：针对故障投诉作失效分析，得出失效机理，针对失效机理制定实施预防措施。 2加强系统设计技术和系统设计管理 走访许多公司没有系统设计部门，有的有系统设计人员，但干的事探讨的问题不够系统。最常见的模式是一个资深的技术人员当项目经理，带着几个小毛头搞设计，几个这样的项目队伍对一个技术部经理汇报。然后产品出现投诉了，经理的常见说明就是“招水平高的招不到，都怪这帮工程师水平差，就这样还老闹着加薪跳槽”。这些人里头也不是没有几个高手，但都是项目经理，也要担当详细的设计。木桶盛多少水取决于最短的那块木板，项目经理能干也没用，产品该出毛病还是出毛病。这个现象的解决方法就是加强系统设计的管理，对系统设计人员要学点系统设计学问。 系统设计管理方法也很简洁，设置系统设计岗位或部门，让设计水平较高、学问面较宽的人才到这个职位来，假如公司规模较小，就让这个岗位负责系统设计和设计审核，假如研发规模够大，就系统设计和设计审核岗位分开，但肯定留意，必需把资深的高人放在这两个岗位上。这样，全部设计人员的设计细微环节都要被高人审核，不合格则退，最终出去的设计成果基本上就符合了审核人的水平，这样，最短的那块木板就补上来了，原有的人员结构也未发生改变。审核人员和系统设计人员属于同一个团队，系统设计的思路肯定要贯彻到审核人员的脑中，审核中确保设计系结执行了系统设计要求。比如系统设计要求工作温度满意-40，那审核时器件的温度规格必需都得满意此要求。这是一个管理组织架构上的要求，没有这个审核机制的保证，系统设计思路很难贯彻实施好。 其次是系统设计方法的问题，这是要系统设计人员驾驭的，太多的中小企业，系统设计几乎是缺位的，即使较牛的一些项目经理好像被冠以系统设计师的title，但没能落到实处，常犯的错误理解就是： 系统设计=法规标准设计要求+客户功能需求； 这是很不全面的，仅依据这两种因素设计，就忽视了许多其他的技术要求，并且往往就这两个要求也大都理解得不全面。下面举一些与牢靠性设计有关的系统设计学问点，如产品系列规划、目标功能和用户定位、工程计算、历史失效数据分析、法规标准、学问产权、器件选型、生产检验运输过程、安装交付、极限环境条件、可用性、可修理性、模块接地与系统接地、热设计、EMC、振动噪声、盐雾、接口等，这些都是和系统设计有关的技术内容。有人会说“要把你这些要求都做了，那得多少技术人员啊？”，答案是1个，规模小点的企业一个都不用，别被这么多的系统设计要求给吓住，其实每一细项里，常规的技术要求和技术点也就那么几项，特别少的，这几点都不必单独设计，只要在选择设计方案时依据技术点去选，系统设计就被执行了，后面的诸多问题就迎刃而解了。比如电磁兼容EMC，最困难的一个技术要求，在标准测试上的考察项目是4个EMI指标（RE、CE、Harmonics、Flicker）和7个EMS指标（RS、CS、ESD、EFT/B、DIP/i、PMS、Surge），它的要求主要集中在面膜、机壳的密封接缝方法、机壳材料、机壳开孔的处理、机壳对外的电缆处理、电源模块几个关键地方，在系统设计时面膜的安装方式、面膜的设计上选择防静电处理方式或在面膜后面加块接机壳地的金属背板，金属板上的电接头选择带滤波的插座，这种方式一下就能改善EMC的ESD、RE、CE、RS、CS等几个隐患；再比如模块接地与系统接地的考虑，先画出系统接地图，这样整机的电气平安、接地阻抗、对地漏电流等指标的关键薄弱点就一目了然了，也能估计出板间信号可能造成问题的隐患薄弱环节，哪些地方形成了地环路，哪些地方形成了天线效应，通过系统设计时的地线图就能在整体上解决后面的一系列问题。 系统设计是综合各方面的学问，综合权衡，得出最优的解决方案，是在不同技术间的平衡，比如对一个采集的信号要进行滤波处理，是采纳电路硬件滤波器还是AD后用数字滤波器？对驱动力矩要求较大时，是选大扭矩电机还是增加机械减速器？防盐雾侵蚀是用防锈材料还是涂三防漆还是加强密封？在这些不同技术间平衡的时候，综合的是成本、工期、团队成员对技术驾驭的程度、法规、平安、批量供货时加工商的批次稳定性的保障实力等。 往简洁里说，系统设计方法就是把一些外围的技术要求全部涵盖进产品开发里来，用checklist的方式进行检查，而不是先出整机，然后再改，那样机器将不是机器了。国内诸多做产品CE认证的中小厂家，试问有几家把产品真正卖到了欧盟国家，不敢啊，在公司里都有三种机型的说法，分别叫在产机器、CE样机、CE状态的机器，大多中小企业的产品是前两种，为什么出现这种局面？就是没有系统设计，先出整机，然后再改，最终拿个CE证当虎皮唬人去，就是不敢上景阳岗怕遇到真老虎。 系统设计其实真得不难，有这么类岗位，能作系统设计+审核，再加上点提炼的checklist，基本就可以开工了，剩下的就是系统设计师找到感觉，加强自己的技能训练，让系统设计真正发挥作用了。实在不行，请这方面的专家帮助实施一下也是可以的，辅导上1-2个项目，建立一套体系，将无往而不胜。 3建立技术平台，建立牢靠性保证流程 百年老店的大公司的产品为什么都比较好呢？他们的技术人员就比我们的资深吗？他们不也都是年轻人吗？百年老店的核心价值除了品牌还有什么？还有他们在专项技术上的积累。也就是说100年的技术阅历和教训今日仍旧被引用参考，它拿出一百年的积累和我们竞争，这是我们不行能具备的东西，许多事情必需经验过才会发生，发生了解决了才会成为积累。百年老店如何积累下这些东西的，它靠的是什么来传承这些精华？答案是技术平台。再往通俗里说，技术平台的表现形式就是一堆的专业checklist文件，这些检查项是多少代人的深刻总结，到了今日，一个工程师都不必经验什么，他就能得到前人的教训阅历，并用于设计中，自然可以避开许多问题。 我在工作中曾经做过标准法规的checklist、EMC设计的checklist、系统设计的checklist、可用性的checklist、研发限制体系的checklist等等，这些都是很低成本就能实现的东西，但它又有很高的成本，它是一份总结，是汇合了多少代人心血的总结。 抽取几个出来，如 “少用分立元件，多用集成电路”、 “不定制器件”、F2W分析方法、 “常常要用到的限制器的高度应当在人的肘弯和肩