如何定义新产品可靠性?
答:产品可靠性评价体系是逐渐步进的过程,它和用户需求、设计目标是息息相关的。以电连接器的正向设计为例,宏观上从性能的角度,按照不同的标准,得到可靠性评价的尺度,从多维度上对产品性能进行一个整体的评价来量化它的可靠性。具体而言,初始阶段只有一个评价指标,但随着正向设计的深入,会加入新的评价指标(如插拔次数、寿命等),来组成可靠性评价的新体系。
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现在产品都关注的不仅仅是产品的寿命周期,更在意的是在这个寿命周期里面,用户使用的感受。举个简单的例子,如果是一个普通的开关,在按五千次以后它就坏掉了,但是我们不能以这个五千次来作为它能否量产的标准,因为可能在一千次的时候就已经按起来费力了,对于用户来说体验已经下降了。那么我们怎么去量化不同用户群体的使用体验感受呢?这个用户体验的问题和可靠性怎么联系起来?
答:产品设计的初衷是为了满足某一类用户在一定的条件下实现什么样的功能。产品使用场景分析就是通过分析用户是谁,在什么条件下,实现什么功能这三个问题来划定产品边界。使用场景分析可以定性也可以定量,量化使用场景一般从两个方面入手,一是量化条件,即描述产品使用的环境条件、工作应力等;二是量化功能,即用产品某个性能参数去描述和界定功能的达成。
有了量化数据描述产品使用场景,如何与产品开发工作进行关联?在研发前期,它可以作为设计要求引入并分解到各个环节中;在研发后期可以作为产品的试验条件嵌入产品定型、鉴定、验收等工程活动检验标准。
针对用户感受、审美评价等感性的内容的量化方法可以通过用户调研、场景测试以及文献、标准收集等途径确定,比如人机工学的标准和规范等。
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寿命预测的结果有没有统一的评定标准,在实际运维中是否有指导作用?
答:如果寿命能够准确预测出来,对运维的指导作用非常大,比如指导产品维修和预防性维修等。寿命预测目前没有统一的标准,因为寿命本身是产品设计就决定了的固有特性,它与设计材料、产品结构、使用条件等因素都相关,需要针对具体产品来研究寿命应该如何评价。
当前,在部分行业中寿命预测是有自己的评定标准的,比如航空,机载设备等,所以针对当前标准没有覆盖的企业,需要结合自身产品来研究自己的寿命预测标准。
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如何识别安全性的要求?
答:这是一个设计活动,通常有两步:一是功能危险性分析(FHA),识别最顶层的安全性要求,二是随着产品设计一步步深入,有一个系统的架构设计和功能分解的过程即初步系统安全性评价(PSSA),可以识别到零部件和组件这一级别的安全性要求,实际上对于我们采购或者是选型来讲的话,就是一个可靠性指标。当设计完成以后,我们整个产品架构、组件和电路等就都明确了,然后再通过大量的可靠性数据来支撑安全性指标的验证。
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汽车安全性和航空安全性有哪些异同点?
答:相同点:安全性就是风险可接受的状态,从本质上来说是基于风险的分析,需要识别不管是车还是飞行器在发生故障之后对周边的人、乘员和对产品本身的损伤来确定它的影响等级,然后把这个等级分下去。
差异点:(1)汽车和航空器发生安全性问题导致的严重程度不一样。汽车在地面上考虑的是撞到车和人,比如汽车因发动机熄火抛锚之后停在路边对公共交通影响不是很大,但是飞机的发动机一旦熄火就会导致飞机坠毁,安全性影响很大;(2)参考标准不一样。汽车安全性参考IOS 20262,航空安全性参考ASE 4754A等标准;(3)安全性指标要求不一样。汽车设备安全性指标的要求是失效率为xxFITs,即多少次驾驶里程中发生失效的概率,而飞机则是每次飞行发生失效的概率。汽车里面MTBF是平均故障间隔里程,而航空器MTBF则是平均故障间隔时间。
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航空领域如何提出安全性指标要求?
答:在产品的设计阶段,需要对产品可能存在的各种风险进行评估,然后针对风险提出一个概率指标或安全性指标,这个指标将作为产品整体的安全性目标,然后需要对产品进行功能分解,识别出这个系统是由哪些功能构成的,这些功能与功能之间是否存在接口关系等都要理清楚。形成这样的一个架构以后,功能的关系也清楚了,系统、分系统和设备的失效逻辑也清楚了,就可以依据架构的功能关系提出安全性的要求。
系统逻辑关系清楚了以后,就可以把安全性指标分解到能够识别到的那个层次,随着设计不断的深入,可以把这个安全性指标不断的分下去,一直分到每个部件都可以对供应商提出明确的要求,这个过程实际上都是一个安全性设计过程。
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机械产品和电子产品的可靠性有什么区别?
答:从失效机理这个角度,机械和电子还是有比较大的差别的。机械结构类更多呈现的是一种耗损型的失效,而电子类产品的失效是可以属于早期故障期、偶然故障期和耗损故障期三个阶段的。
从寿命这个角度,很多电子设备即使到了设计的使用寿命,里面的电子芯片和元器件还是有寿命的。设备已经都该退出市场了,但里面的部分元器件还是很好的。因为我们现在电子元器件本身的可靠性都是非常高的,所以我们甚至认为电子元器件的浴盆曲线的第三段已经都不存在,很难把一个电子元器件用到损耗失效期的阶段,但是机械结构不一样,机械结构属于耗损型失效,它会随着使用环境,使用时间出现缓慢的磨损,最终导致失效。
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机械结构类产品如何提高产品可靠性?
答:这种机械结构类产品提高可靠性比较好的一个思路就是:准确的寿命预测和预防维护,按照这个思路去做就可以解决很多可靠性的问题。如在机柜里面的散热风扇,经过长期运转以后,轴承会发生磨损,叶片、灰尘等都会导致风扇转速慢慢下降,厂商可以根据使用环境,采购风扇的型号和特点,预测该风扇运行多长时间后转速会下降到不可接受的水平,这个时候去做清理和维护。还有现在的汽车可靠性也非常高,尤其是传统的燃油车,很多车开了很多年也没出什么问题,也是靠定期的维护保养。
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机械疲劳、磨损有没有加速模型?
答:机械疲劳、磨损不仅有加速模型,还有失效物理模型。这两个模型是有区别的,失效物理模型背后一定有失效机理,因为什么样的应力,发生了什么作用关系,造成产品失效;而我们通常所说的加速模型背后就不一定有失效机理了。所以说,机理模型就是失效物理模型,也叫PoF模型。每个PoF模型都可以作为加速模型,比如机械疲劳、磨损等。
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怎么解决热疲劳,机械疲劳?
答:问题解决的基本流程是根据热疲劳、机械疲劳的失效物理模型来得到内在和外在的影响要素,然后在设计的时候通过控制这些要素来优化产品热疲劳、机械疲劳的问题。但首先要有热疲劳、机械疲劳的模型,才可以进行分析,然后按照模型进行设计优化和试验验证,这也是一个正向设计的工作,关于可靠性正向设计等内容,感兴趣的企业可以看一下康锐教授的著作《确信可靠性理论与方法》。