如何定義新產品可靠性?
答:產品可靠性評價體系是逐漸步進的過程,它和用戶需求、設計目標是息息相關的。以電連接器的正向設計為例,宏觀上從性能的角度,按照不同的標準,得到可靠性評價的尺度,從多維度上對產品性能進行一個整體的評價來量化它的可靠性。具體而言,初始階段只有一個評價指標,但隨著正向設計的深入,會加入新的評價指標(如插拔次數(shù)、壽命等),來組成可靠性評價的新體系。
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現(xiàn)在產品都關注的不僅僅是產品的壽命周期,更在意的是在這個壽命周期里面,用戶使用的感受。舉個簡單的例子,如果是一個普通的開關,在按五千次以后它就壞掉了,但是我們不能以這個五千次來作為它能否量產的標準,因為可能在一千次的時候就已經按起來費力了,對于用戶來說體驗已經下降了。那么我們怎么去量化不同用戶群體的使用體驗感受呢?這個用戶體驗的問題和可靠性怎么聯(lián)系起來?
答:產品設計的初衷是為了滿足某一類用戶在一定的條件下實現(xiàn)什么樣的功能。產品使用場景分析就是通過分析用戶是誰,在什么條件下,實現(xiàn)什么功能這三個問題來劃定產品邊界。使用場景分析可以定性也可以定量,量化使用場景一般從兩個方面入手,一是量化條件,即描述產品使用的環(huán)境條件、工作應力等;二是量化功能,即用產品某個性能參數(shù)去描述和界定功能的達成。
有了量化數(shù)據(jù)描述產品使用場景,如何與產品開發(fā)工作進行關聯(lián)?在研發(fā)前期,它可以作為設計要求引入并分解到各個環(huán)節(jié)中;在研發(fā)后期可以作為產品的試驗條件嵌入產品定型、鑒定、驗收等工程活動檢驗標準。
針對用戶感受、審美評價等感性的內容的量化方法可以通過用戶調研、場景測試以及文獻、標準收集等途徑確定,比如人機工學的標準和規(guī)范等。
03
壽命預測的結果有沒有統(tǒng)一的評定標準,在實際運維中是否有指導作用?
答:如果壽命能夠準確預測出來,對運維的指導作用非常大,比如指導產品維修和預防性維修等。壽命預測目前沒有統(tǒng)一的標準,因為壽命本身是產品設計就決定了的固有特性,它與設計材料、產品結構、使用條件等因素都相關,需要針對具體產品來研究壽命應該如何評價。
當前,在部分行業(yè)中壽命預測是有自己的評定標準的,比如航空,機載設備等,所以針對當前標準沒有覆蓋的企業(yè),需要結合自身產品來研究自己的壽命預測標準。
04
如何識別安全性的要求?
答:這是一個設計活動,通常有兩步:一是功能危險性分析(FHA),識別最頂層的安全性要求,二是隨著產品設計一步步深入,有一個系統(tǒng)的架構設計和功能分解的過程即初步系統(tǒng)安全性評價(PSSA),可以識別到零部件和組件這一級別的安全性要求,實際上對于我們采購或者是選型來講的話,就是一個可靠性指標。當設計完成以后,我們整個產品架構、組件和電路等就都明確了,然后再通過大量的可靠性數(shù)據(jù)來支撐安全性指標的驗證。
05
汽車安全性和航空安全性有哪些異同點?
答:相同點:安全性就是風險可接受的狀態(tài),從本質上來說是基于風險的分析,需要識別不管是車還是飛行器在發(fā)生故障之后對周邊的人、乘員和對產品本身的損傷來確定它的影響等級,然后把這個等級分下去。
差異點:(1)汽車和航空器發(fā)生安全性問題導致的嚴重程度不一樣。汽車在地面上考慮的是撞到車和人,比如汽車因發(fā)動機熄火拋錨之后停在路邊對公共交通影響不是很大,但是飛機的發(fā)動機一旦熄火就會導致飛機墜毀,安全性影響很大;(2)參考標準不一樣。汽車安全性參考IOS 20262,航空安全性參考ASE 4754A等標準;(3)安全性指標要求不一樣。汽車設備安全性指標的要求是失效率為xxFITs,即多少次駕駛里程中發(fā)生失效的概率,而飛機則是每次飛行發(fā)生失效的概率。汽車里面MTBF是平均故障間隔里程,而航空器MTBF則是平均故障間隔時間。
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航空領域如何提出安全性指標要求?
答:在產品的設計階段,需要對產品可能存在的各種風險進行評估,然后針對風險提出一個概率指標或安全性指標,這個指標將作為產品整體的安全性目標,然后需要對產品進行功能分解,識別出這個系統(tǒng)是由哪些功能構成的,這些功能與功能之間是否存在接口關系等都要理清楚。形成這樣的一個架構以后,功能的關系也清楚了,系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設備的失效邏輯也清楚了,就可以依據(jù)架構的功能關系提出安全性的要求。
系統(tǒng)邏輯關系清楚了以后,就可以把安全性指標分解到能夠識別到的那個層次,隨著設計不斷的深入,可以把這個安全性指標不斷的分下去,一直分到每個部件都可以對供應商提出明確的要求,這個過程實際上都是一個安全性設計過程。
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機械產品和電子產品的可靠性有什么區(qū)別?
答:從失效機理這個角度,機械和電子還是有比較大的差別的。機械結構類更多呈現(xiàn)的是一種耗損型的失效,而電子類產品的失效是可以屬于早期故障期、偶然故障期和耗損故障期三個階段的。
從壽命這個角度,很多電子設備即使到了設計的使用壽命,里面的電子芯片和元器件還是有壽命的。設備已經都該退出市場了,但里面的部分元器件還是很好的。因為我們現(xiàn)在電子元器件本身的可靠性都是非常高的,所以我們甚至認為電子元器件的浴盆曲線的第三段已經都不存在,很難把一個電子元器件用到損耗失效期的階段,但是機械結構不一樣,機械結構屬于耗損型失效,它會隨著使用環(huán)境,使用時間出現(xiàn)緩慢的磨損,最終導致失效。
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機械結構類產品如何提高產品可靠性?
答:這種機械結構類產品提高可靠性比較好的一個思路就是:準確的壽命預測和預防維護,按照這個思路去做就可以解決很多可靠性的問題。如在機柜里面的散熱風扇,經過長期運轉以后,軸承會發(fā)生磨損,葉片、灰塵等都會導致風扇轉速慢慢下降,廠商可以根據(jù)使用環(huán)境,采購風扇的型號和特點,預測該風扇運行多長時間后轉速會下降到不可接受的水平,這個時候去做清理和維護。還有現(xiàn)在的汽車可靠性也非常高,尤其是傳統(tǒng)的燃油車,很多車開了很多年也沒出什么問題,也是靠定期的維護保養(yǎng)。
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機械疲勞、磨損有沒有加速模型?
答:機械疲勞、磨損不僅有加速模型,還有失效物理模型。這兩個模型是有區(qū)別的,失效物理模型背后一定有失效機理,因為什么樣的應力,發(fā)生了什么作用關系,造成產品失效;而我們通常所說的加速模型背后就不一定有失效機理了。所以說,機理模型就是失效物理模型,也叫PoF模型。每個PoF模型都可以作為加速模型,比如機械疲勞、磨損等。
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怎么解決熱疲勞,機械疲勞?
答:問題解決的基本流程是根據(jù)熱疲勞、機械疲勞的失效物理模型來得到內在和外在的影響要素,然后在設計的時候通過控制這些要素來優(yōu)化產品熱疲勞、機械疲勞的問題。但首先要有熱疲勞、機械疲勞的模型,才可以進行分析,然后按照模型進行設計優(yōu)化和試驗驗證,這也是一個正向設計的工作,關于可靠性正向設計等內容,感興趣的企業(yè)可以看一下康銳教授的著作《確信可靠性理論與方法》。