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、壽命等),來組成可靠性評價的新體系。
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現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境條件、工作應力等;二是量化功能,即用產品某個性能參數去描述和界定功能的達成。
有了量化數據描述產品使用場景,如何與產品開發工作進行關聯?在研發前期,它可以作為設計要求引入并分解到各個環節中;在研發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范等。
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壽命預測的結果有沒有統一的評定標準,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,需要結合自身產品來研究自己的壽命預測標準。
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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,有一個系統的架構設計和功能分解的過程即初步系統安全性評價(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據來支撐安全性指標的驗證。
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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,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生失效的概率,而飛機則是每次飛行發生失效的概率。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、分系統和設備的失效邏輯也清楚了,就可以依據架構的功能關系提出安全性的要求。
系統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,它會隨著使用環境,使用時間出現緩慢的磨損,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,廠商可以根據使用環境,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。還有現在的汽車可靠性也非常高,尤其是傳統的燃油車,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。
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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,感興趣的企業可以看一下康銳教授的著作《確信可靠性理論與方法》。