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        產品設計如何保證質量?來源于產品可靠性設計與分析

        日期:2022-05-06 05:24
        瀏覽次數:178
        摘要:

        產品的可靠性又可分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是產品在設計、制造中賦予的,也是產品的開發人可以控制的。而使用可靠性則是產品在實際使用過程中表現出的一種性能的保持能力的特性,它除了考慮固有可靠性因素外,還要考慮產品安裝、操作使用和維修保障等因素的影響。所以產品的可靠性設計與分析是產品體現可靠性的前提條件和能否生產出可靠產品的有力保障。

        ? ? 從上面的定義我們可以看出產品的可靠性是設計出來的,生產出來的,也是管理出來的。產品開發人的可靠性設計水平對產品固有的可靠性影響是重大的,因此可靠性設計與分析在產品的開發過程中具有很重要的地位。下面我們分別從產品的可靠性技術、故障模式、影響及危害性分析、故障(失效)樹分析、維修性設計幾個方面展開對產品的可靠性設計與分析。希望能給從事設計產品和從質量的人員有所幫助。


        **、可靠性設計的主要技術

        1、規定定性定量的可靠性要求,設立符合產品市場需求與環境試驗的可靠性指標。才能對開發的產品進行可靠性測試,避免產品在顧客使用中因故障頻繁而使企業和客戶利益受到不可估量的損失,那么就是一款失敗的產品,*常用的可靠性指標有平均故障間隔時間(MIBF)、使用壽命、高低溫、震動。具體就要看產品的使用環境,民品的要求想對低一些,jun品的高一些,但是也要分是航空、航天、潛海等環境。

        2、建立可靠性模型。建立產品系統級、分系統級的可靠性模型,可用于定量分配、估計和評價產品的可靠性??煽啃阅P桶煽啃苑娇驁D和可靠性數學模型。對于復雜產品的一個或多個功能模式,用方框圖表示各組成部分的故障或它們的組合。方框圖分為串聯模型和并聯模型。 做法就是:預計或估計所設計產品可靠性模型的串聯模型和并聯模型框圖,利用數學公式求定量求出該產品的可靠度與故障率,*后推導出可靠性指標。

        3、可靠性分配。就是將產品總的可靠性定量要求分配到規定的產品層次,通過分配

        通過分配使整體和部分的可靠性定量要求協調一致。它是一個由整體到局部,由上到下的分解過程??煽糠峙溆泻芏喾椒?,如評分分配法、比例分配法等。下面我們以評分分配法舉例說明:

        評分分配法是一種常用的分配方法。在產品可靠性數據缺乏的情況下,可以請熟悉產品、有工程實際經驗的專家,按照影響產品可靠性的幾種因素既復雜度、技術成熟度、重要度及環境條件,給每一種因素打分(1—10分之間)。

        復雜度:根據組成分系統的元部件數量以及它們組裝調試的難易程度評定。*復雜的評10分,*簡單的評1分。

        技術成熟度:根據分系統的技術水平和成熟程度評定。技術成熟度低平10分,技術成熟度高的評1分

        重要度:根據分系統的得要性評定。重要性*低的評10分,重要性zui高的評1分。

        環境條件:根據分系統所處環境條件評定。經受惡劣條件的評10分,環境條件zui好的評1分。

        利用數學公式定量的算出可靠性指標平均故障間隔時間(MTBF),這樣就可以利用評分分配法將可靠性指標分配到各部件中去了。

        4、可靠性預計??煽啃灶A計是在設計階段對系統可靠性進行定量的估計,是根據相似產品可靠性數據、系統的構成和結構特點、系統的工作環境等因素估計組成系統的部件及系統的可靠性??煽啃灶A計結果可以與要求的可靠性相比較,估計設計是否滿足要求,通過可靠性預計還可以發現組成系統的各單位中故障率高的單元,找到薄弱環節,加以改進??煽啃灶A計有很多方法,如元器件計數法、應力分析法、上下限法等。

        元器件計數法適用于產品設計開發的早期。它的優點是不需要詳盡了解每個元器件的應用及它們之間的邏輯關系就可以迅速估算出產品的故障率,但預計結果比較粗糙。

        應力分析法適用于電子產品詳細設計階段,已具備了詳細的文件清單、電應力比、環境溫度等信息,這種方法比元器件計數法的結果要準確些。應力分析法分三步求出。**步先求出各種元器件的工作故障率;**步求產品的工作故障率;第三步求出產品的可靠性指標平均故障間隔時間(MTBF)。

        注:以上故障率、環境系數等可查國軍標GJB299B

        5、可靠性設計準則。是把已有的、相似產品的工程經驗總結起來,使其條理化、系統化、科學化,成為設計人員進行可靠性設計所遵循的原則和應滿足的要求。

        可靠性設計準則一般都是針對某種產品的,但也可以把各種產品的可靠性設計準則的共性內容,綜合成某種類型的可靠性設計準則,如直升機可靠性設計準則等。當然,這些共性可靠性設計準則經剪裁、增補之后又可成為具體產品專用的可靠性設計準則。

        可靠性設計準則一般應根據產品類型、重要程度、可靠性要求、使用特點和相似產品可靠性設計經驗以及有關的標準、規范來制定。

        6、耐環境設計。產品使用環境對產品可靠性的影響十分明顯。因此,在產品開發時應開展抗振、抗沖擊、抗噪音、防潮、防霉、防腐設計和熱設計。

        7、元器件選用與控制。電子元器件是完成產品規定功能而不能再分割的電路基本單元,是電子產品可靠性的基礎。要保證產品可靠性對所使用的元器件進行嚴格控制是極為重要的一項工作。制定并實施元器件大綱是控制元器件的選擇和使用的有效途徑。

        8、電磁兼容性設計。對電子產品來說,電磁兼容設計是很重要的。它包括靜電抗擾性,浪涌及雷擊抗擾性,電源波動及瞬間跌落抗擾性,射頻電磁場輻射抗擾性等。

        9、降額設計與熱設計。元器、零部件的故障率是與其承受的應力緊密相關的,降低其承受的應力可以提高其使用中的可靠性,因此設計時應將其工作應力設計在其規定的額定的值之下,并留有余量。產品特別是電子產品周圍的環境溫度過高是造成故障率增大的重要原因。因此應利用熱傳導、對流、熱輻射等原理結合必要的自然通風、強制通風、以致水冷及熱管等技術進行合理的熱設計,以降低其周圍的環境溫度。

        以上就是我們設計產品可靠性設計的一些主要技術,如果在設計時考周全,那么研發出來的產品可靠性水平將會大大的提高。


        **、產品故障模式、影響及危害性分析(FMECA)

        故障模式,影響及危害性分析(FMECA)是針對產品所有可能的故障,并根據對故障模式的分析,確定每種故障模式對產品工作的影響,找出單點故障,并按故障模式的嚴酷度及其發生概率確定其危害性。FMECA包括故障模式及影響分析(FMEA)和危害性分析(CA)。FMECA分析方法可用于整個系統到零部件任何上等,一般根據要求和可能在規定的產品層次上進行。


        FMECA的實施步驟通常為:

        (1)掌握產品結構和功能的有關資料。

        (2)掌握產品啟動、運行、操作、維修資料。

        (3)掌握產品所處環境條件的資料。

        這些資料在設計的初始階段,往往不能同是都掌握。開始時,只能作某些假設,用來確定一些很明顯的故障模式。即使是初步FMECA也能指出許多單點失效部位,且其中有些可通過結構的重新安排而消除。隨著設計工作的進展,可利用的信息不斷增多。FMECA工作應重復進行,根據需要和可能應把分析擴展到更為具體的層次。
        (4)定義產品及其功能和*低工作要求。一個系統的完整定義包括它的主要和次要功能、用途、、預期的性能、環境要求、系統的約束條件和構成故障的條件等。由于任何給定的產品都有一個或多個工作模式,并且可能處于不同的工作階段,因此,系統的定義還包括產品工作的每個模式及其持續工作期內的功能說明。每個產品均應有它的功能方框圖,表示產品工作及產品各功能單元之間的相互關系數。

        (5)按照產品功能方框圖畫出其可靠性方框圖。

        (6)根據所需要的結構和現有資料的多少來確定分析級別,即規定分析到的層次。

        (7)找出故障模式,分析其原因及影響。

        (8)找出故障的檢測方法。

        (9)找出設計時可能的預防措施,以防止特別不希望發的事件。

        (10)確定各種故障模式對產品產生危害的嚴酷程度。

        (11)確定各種故障模式的發生概率等級。

        (12)填寫FMEA表,并繪制危害性矩陳,如果需要進行定量FMECA,則需填寫CA表。如果僅進行FMEA則第(11)步驟和繪制危害矩陣不必進行。

        以上所述概括了進行FMECA所需要的基本輸入信息,在此基礎上進一步參照相關標準來完成分析工作,可參照的標準有國家標準GB 7826—87《系統可靠性分析技術 失效模式和效應分析(FMEA)程序》,國際電工委員會標準IEC 60812 Ed.2(2003)56/797及國家軍用標準GJB1391《故障模式、影響及危害性分析程度》,在這些標準中都提供了相應的表格供分析者使用。

        第三、故障(失效)樹分析(FTA)

        與FMECA類似,故障樹分(FTA)是分析產品故障原因和結果之間關系的另一重要的可靠性分析工具。 故障樹表示產品的那些組成部分的故障模式或外界事件或它們的組合導致產品的一種給定故障模式的邏輯圖。它用一系列事件符號、邏輯符號和轉移符號描述系統中各種事件之間的因果關系。


        (1)故障樹分析的準備工作

        分析者必須熟悉設計說明書、設計圖、運行規定、維修規程和其他有關資料。掌握系統的設計意圖、結構、功能和環境情況。根據系統復雜程度和要求,必要時應進行系統的FMEA或FMECA以幫助確定頂事件及各級故障事件,根據系統的任務要求和對系統的了解確定分析目的,根據系統任務功能確定系統故障判據。

        (2)故障樹的建造

        完成(1)中的準備工作后,即可從確定的頂事件出發,遵循建造故障樹的基本規則和方法建造出所需要的故障樹。

        (3)故障樹的定性分析

        故障樹的定性分析主要包括以下內容:故障樹的規范華;故障的規范化;故障樹的簡化及模塊分析;計算故障樹的*小割集。

        (4)故障樹的定量分析

        根據故障樹中各底事件的發生概率,計算出頂事件發生概率。

        (5)編寫故障樹分析報告

        由于故障樹分析已成為系統可靠性分析的重要工具,并被可靠性工程師門廣泛地使用,國內外也發布了相應的標準,這些標準有:國家標準GB/T 7829—1987《故障樹分程序》,國家軍用標準GJB768《故障樹分析》,國際電工委員會標準IEC 61025 Ed.1—1990—10《故障樹分析》。

        第四、可維修性設計

        產品的維修性是設計出來的,只有在產品設計開發過程開展維修性設計與分析工作,才能將維修性設計到產品中,維修性設計的主要方法有定性和定量兩種方法,維修性的定性設計是*主要的,只要設計人員有維修性的意識和工程經驗就能將維修性設計進產品。維修性定性設計主要有簡化設計、可達性設計、標準化互換與模塊化設計、防差錯及識別標志設計、維修安全設計、故障檢測設計、維修中人素工程設計等。


        (1)簡化設計是在滿足性能要求和使用要求的前提下,盡可能采用*簡單的結構和外形,以降低對使用和維修人員的技能要求。簡化設計的基本原則是盡可能簡化產品功能,合并產品功能 和盡量減少零部件的品種和數量。

        (2)可達性設計是當產品發生故障進行維修時容易接近需維修部位的設計??蛇_性設計的要求“看得見”——視覺可達;“夠得著”——實體可達,比如身體的某一部位或借助工作能夠接觸到維修部位,同時留有足夠的維修操作空間。合理設置維修窗品和維修通道是解決“看得見、夠得著”的重要途徑。

        (3)標準化、互換性與模塊化設計。標準化設計是近代產品設計的特點,設計時盡量采用標準件有利于零部件的供應儲備和調劑,使產品的維修更為簡便。

        互換性設計指同種產品之間在實體上,功能上能夠彼此互相替換的性能?;Q性設計可簡化維修作業和節約備品費用,提高產品的維修性。
        模塊化設計是實現部件互換通用、快速更換修理的有產途徑。模塊是指從產品中單獨分離出來,具有相對獨立功能的結構整體,先進的硬件設計的模塊化系數達70%~80%以上,先進和軟件設計的模塊化系數達50%以上。

        (4)防差錯及識別標志設計。防差錯設計就是要保證在結構上只允許裝對了才能裝得上,裝錯了或者裝反了就裝不上,或者發生差錯時就能立即發現并糾正。識別標志設計就是在維修的零部件、備品、專用工具、測試器材等上面做出識別,以便于區別辨認,防止混亂,避免因差錯而發生事故,同時也可以提高工效。

        (5)維修安全性設計。維修安全性設計是指能避免維修人員傷亡或產品損壞的一種設計。例如,在可能發生危險的部件,應提供醒目的標記、警告燈、聲響警告等輔助預防手段。對盛裝高壓氣體、彈簧、帶有高壓電等儲有很大能量且維修時間需要拆卸的裝置,應設有備用釋放能量的結構和安全可靠的拆裝設備、工具,以保證拆裝安全。同時在維修性設計時應考慮防機械損傷防電擊、防火、防爆和防毒等,以保證維修人員的安全。

        (6)故障檢測設計。產品故障檢測診斷是否準確快速、簡便對維修有重大影響。因此在設計時,應充分考慮測試方式、檢測設備、測試點配置等一系列問題,以此來提高故障的定位的速度。

        (7)維修中的人因工程設計。維修中的人的因系工程,是研究在維修中人的各種因素,包括生理因素,心理因素和人體的幾何尺寸與產品的關系,以提高維修工作效率,減輕維修人員疲勞等方面的問題。

        快速溫變濕熱試驗箱?技術規格:

        型 號

        SES-225

        SES-408

        SES-800

        SES-1000

        SES-1500

        內箱尺寸

        (W x D x H cm)

        50×60×75

        60×80×85

        80×100×100

        100×100×100

        100×100×150

        外箱尺寸

        ( W x D x H cm)

        115×125×160

        125×145×170

        145×195×185

        155×225×195

        250×125×190

        承載重量

        20kg

        30kg

        30kg

        50kg

        75KG

        溫度速率

        等均溫/平均溫5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min。

        溫度范圍

        -70℃~﹢180℃

        溫度均勻度

        ≤2℃

        溫度波動度

        ±0.5℃

        溫度偏差

        ±2℃

        溫變范圍

        -40℃/-55℃~+125℃(高溫至少+85℃以上)

        濕度范圍

        20%~98%

        濕度偏差

        ±3%(>75%RH), ±5%(≤75%RH)

        腳輪

        4個(外形尺寸不含腳輪)腳輪增高50~120mm

        觀察窗

        450×450mm帶加熱裝置防止冷凝和結霜

        測試孔

        φ100mm位于箱體右側(人面朝大門)

        照明燈

        35W/12V

        節能調節方式

        冷端PID調節方式(即加熱不制冷,制冷不加熱),比平衡調溫方式節能40%

        加熱方式

        鎳鉻合金電熱絲(3重超溫保護)

        制冷機

        德國原裝進口品牌壓縮機

        制冷劑

        環保制冷劑R404a / R23(臭氧耗損指數均為0)

        冷卻方式

        水冷(水溫7℃~28℃,水壓0.1~0.3Mpa),以便確保降溫性能

        控制器

        7寸彩色觸摸屏控制器

        運行方式

        程式運行+定值運行

        傳感器

        PT100

        通訊功能

        RS485 標配USB

        曲線記錄功能

        觸摸屏自動記錄

        電源

        380V±10%/50HZ,三相四線+地線(3P+N+G)

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