設計管理下的電子產品可靠性分析論文
所謂可靠性是指在規定時間、規定條件下完成規定的功能，并保持其性能的持續穩定。電子產品的全生命周期設計包括縱向過程和橫向過程，其中縱向過程包括設計預研、方案論證、設計開發、物料選型、原理樣機、功能樣機、小批樣機、批量生產、質量跟蹤、設計持續改進等；橫向過程包括用戶需求分析、可靠性測試、產品工藝分析、可制造性分析、客戶跟蹤等。其中橫向過程隱含于縱向過程的每一步之中。要提供客戶高可靠性產品，需要將可靠性設計的理念自始至終的貫穿整個產品設計的縱向和橫向過程中[1-2]。電子產品可靠性設計包括可靠性設計和可靠性設計管理兩個方面，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。根據筆者的設計經驗，電子產品設計有三條研發平行線，也可以說三個研發層次：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軟件和硬件手段設計出“達到”用戶要求的產品，功能和性能設計的基礎是用戶需求。可制造性設計是指為了滿足用戶批量使用要求而進行的物料、供應商、工藝（設計、生產）、工裝測試等方面的設計工作，是使設計的產品從制造角度“持續達到”用戶要求。可靠性設計是指通過各種手段和管理，使產品全生命周期的功能和性能“超越”用戶要求。這三個層次是一個漸進層次，其頂點就是可靠性設計層次，同時這三個層次在具體實施的時候是平行的，要真正設計出超越用戶要求的產品，在進行功能、性能設計的同時需要進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、供應商等各個方面。下面將從人、工具、物料等幾個方面簡單分析。
2.1人從人的角度來講，要締造高可靠性的電子產品，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水平和可靠性設計的意識。提升設計人員技術水平使之達到可靠性設計要求的技術水準，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類設計師才是合格的硬件工程師。硬件工程師素質簡化模型如圖三所示。一個僅僅能夠進行原理設計和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，并在設計過程中應用這些知識，從而實現設計可靠、性能可靠、器件可靠、可制造性高的電子產品。在提高設計人員的可靠性設計意識方面，我們要求研發人員對產品全生命周期負責，任何質量問題都源于設計，采用產品質量追溯問責制，充分讓設計人員意識到設計高可靠性產品是對產品品質負責、對用戶負責、對自己負責，從而使可靠性設計成為設計人員的自主自覺行為。
2.2料從料的角度講，要締造高可靠性的電子產品，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。從器件選型角度來說，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鍵器件、非關鍵器件、弱質量器件進行分類篩選。關鍵器件需要進行相關的局部電路測試，重點考核其性能與功能是否達到可靠性指標。弱質量器件需要進行重點故障規避，防止使用過程的質量問題。從供應商管理角度來說，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過程。我們要約束供應商提供可靠品牌、可靠渠道、可靠產地、性能一致性高的物料，同時與供應商共同加強管理，達到可靠性上的“雙贏”。
2.3機這里所謂的“機”，在電子產品設計上可以引申為工具，好的設計工具在電子產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完成功能性信號仿真和測試，從而提前選定關鍵電路模塊的參數。圖四顯示的是某原理圖中Ram存儲器啟動時的信號仿真。利用PCB后期的信號完整性測試，可以在實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過幾次制板調試才能夠完成的。圖五顯示的是某PCB板件測試點的信號完整性分析。各類有限元分析軟件和專用軟件如FLOTHERM等可以幫助我們的電子產品造型工程師和PCB工程師在設計時準確把握產品的空間熱設計。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基本健全，正在不斷豐富和完善測試系統，智能院每一種產品和板件都經過包括靜電、脈沖群、雷擊浪涌、高低溫、震動、電源抗反接、異常狀態模擬測試、功能極限測試等各類嚴格的歸零測試。這些測試保證了產品的可靠性和質量。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境進行研究，形成各種主機環境、各種應用環境下的針對性測試模型，將我們的每個產品放在這些模型中進行可靠性測試，從而真正達到并超越客戶要求的高性能、高可靠性產品。從設計角度來說，產品關鍵模塊測試與設計過程同步、關鍵電路理論模型數據與實際測量數據比對、信號完整性分析、軟件可用性評估等已經在智能院各類產品的設計過程中得到應用。以后我們還會將這些在產品的全生命周期，從設計、用戶反饋、售后質量、故障品維修中發現和解決的問題，形成故障樹，使產品生命線可追溯，并保持產品間的借鑒性。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，并通過可靠性設計管理加以固化和約束。
3結束語
設計精品化產品、生產精品化產品、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產品作為我們的目標。可靠性設計作為實現這個目標的必經階段，首先從設計管理入手，使可靠性設計理念深入到產品的全生命周期，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，并通過可靠性設計管理加以固化和約束。
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