高阶篇：4）可靠性设计

Posted 2021-04-19 mdmodule

本章目的：可靠性设计方法指引章节。

1.引子：

古英格兰有一首著名的名谣：“少了一枚铁钉，掉了一只马掌，掉了一只马掌，丢了一匹战马，丢了一匹战马，败了一场战役，败了一场战役，丢了一个国家。”这是发生在英国查理三世的故事。查理准备与里奇蒙德决一死战，查理让一个马夫去给自己的战马钉马掌，铁匠钉到第四个马掌时，差一个钉子，铁匠便偷偷敷衍了事，不久，查理和对方交上了火，大战中忽然一只马掌掉了，国王被掀翻在地，王国随之易主。
当然，一个国家的败亡，可以是以一枚铁钉，也可以是一个金币，一块黑面包，一张白纸等。

这里所学的可靠性设计方法，就是能找出国家灭亡原因，找到那枚铁钉，并消除它的方法！！！

 

2.可靠性定义：

①所谓的可靠性，是指一个产品在顾客使用的期间，是否能完美达到其预设的菜单表现。可靠性亦称之为持续质量。
②产品、系统在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力称为可靠性。

③可靠度：是用完成规定功能的概率表示。

//①为新定义，②为旧定义，③为可靠度对比。

 

3.可靠性设计定义：

保证机械及其零部件满足给定的可靠性指标（客户预设的菜单表现）的一种机械设计方法。包括对产品的可靠性进行预计、分配、技术设计、评定等工作。

 

3.1 设计的目的和任务

可靠性设计的目的是在综合考虑产品的性能、可靠性、费用和设计等因素的基础上，通过采用相应的可靠性设计技术，使产品的寿命周期内符合所规定的可靠性要求。

系统可靠性设计的主要任务是：通过设计，基本实现系统的固有可靠性。说“基本实现”是因为在以后的生产制造过程中还会影响产品固有可靠性。该固有可靠性是系统所能达到的可靠性上限。所有的其他因素（如维修性）只能保证系统的实际可靠性尽可能地接近固有可靠性。

可靠性设计的任务就是实现产品可靠性设计的目的，预测和预防产品所有可能发生的故障。也就是挖掘和确保产品潜在的隐患和薄弱环节，通过设计预防和设计改进，有效地消除隐患和薄弱环节，从而使产品符合规定的可靠性要求。也可以说可靠性设计一般有两种情况：一种是按照给定的目标要求进行设计，通常用于新产品的研制和开发；另一种是对现有定型产品的薄弱环节，应用可靠性的设计方法加以改进、提高，达到可靠性增长的目的。

 

3.2 设计的基本原则

在可靠性设计过程中应遵循以下原则：
（1）可靠性设计应有明确的可靠性指标和可靠性评估方案；
（2）可靠性设计必须贯穿于功能设计的各个环节，在满足基本功能的同时，要全面考虑影响可靠性的各种因素；
（3）应针对故障模式（即系统、部件、元器件故障或失效的表现形式）进行设计，最大限度地消除或控制产品在寿命周期内可能出现的故障（失效）模式；
（4）在设计时，应在继承以往成功经验的基础上，积极采用先进的设计原理和可靠性设计技术。但在采用新技术、新型元器件、新工艺、新材料之前，必须经过试验，并严格论证其对可靠性的影响；

（5）在进行产品可靠性的设计时，应对产品的性能、可靠性、费用、时间等各方面因素进行权衡，以便做出最佳设计方案。

 

3.3 方法：

可靠性设计方法不是唯一的，而且随着时代的进步而变化，系统而详尽的方法是一种趋势。
这里只介绍一种作者所知道的最好的可靠性设计方法，做为分章的引子：
金字塔的设计顺序为：
①QFDI（顾客需求转换为设计要求）；
②QFDII（设计要求逐层分配给各零件）；
③DFMEA设计失效模式和失效后果分析；

④FTA故障树分析法（可不用）；

切记，莫要乱了顺序，都不是容易的方法，请按部就班的来学习和设计。

4.系统的可靠性设计方法的作用

个人见解：QFDI，QFDII，DFMEA，FTA这一系列方法最大的作用的是有脉络地做可靠性设计。不再会凭空靠直觉来发现和解决问题。

 

5.可靠性设计（分析）的方法发展变化

这是JB5054标准上的，2000年。

这是FMEA手册第四版严重度评价办法，国外2008年。

由此可见，可靠性的设计方法并非一直不变的，随着时代的进步而进步。

 

6.偶见招聘要求的感想：

以下是作者的一些感想，妄言。
很显然，很多公司希望能招聘一些在该行业工作多年牛人，解决可靠性的问题，这也是一般公司的的做法，不能说是错的，有效，但很难说持续有效。因为这是通过人来解决问题。
作者更推荐的搭建可靠性设计的体系，也就是FMEA体系。相当于通过系统（框架）来解决问题，对比人来解决问题是有优势的。

作者刚好想到一个形象的比喻：
如果将上述可靠性设计问题比作大大小小的游戏怪兽，那么牛人就相当于等级高的玩家，普通工程师相当于等级一般的玩家，刚入门会画图的工程师相当于等级为新手玩家。
公司招聘牛人，就是指望牛人能解决一些难的可靠性设计问题，但是这些问题纷繁复杂纠结在一起。所以现实情况常常是牛人解决了等级100的boss，结果在精疲力尽的时候被等级40,50的一些杂兵干趴下了。这很常见，毕竟人非圣贤，所以不可能面面俱到。
这种方法达到最好的效果是，在团队通力合作下，兵对兵，将对将，副本通关。当然现实情况是，开发一个产品中，人员和合作永远是不足的。
而FMEA体系的引入，相当于游戏中多了一把手枪，这把手枪只要一般等级的玩家就能装备，对着大boss也能造成强大的杀伤力，40,50等级的杂兵一枪毙命。对于以前打过的怪（碰到过的可靠性问题）更能造成伤害双倍加成。有热兵器帮助，普通工程师也能有牛人一样的火力，攻城略地当然无往不利。
为什么有这种效果，请看可靠性设计的分章吧，这里就不解释了。

至于这么好的东西，为什么国内设计行业不快快引入呢？
机械行业从来是一分付出，一分收获。fema体系（框架）的实施比单纯解决可靠性问题的好很多，付出的也要多很多。

从作者看来，有以下的代价，是必须要付出的。

6.1 认知到FMEA体系的作用。

fema体系最初是用于航天航空的，20世纪50年代，美国格鲁曼公司开发了FMEA，主要用于飞机制造业和发动机故障评估，取得很好的实效。后来又被应用于汽车行业，1972年，美国福特汽车公司受到美国太空总署许可正式在汽车行业使用FMEA。
可以看出只有对可靠性要求严格的行业，才需要FMEA的体系，国内也只是到车企才需要一些FMEA的要求，而且未必得到重视。但国外的一些家电或消费类电子行业却是早早的采用了它，如Pana*nic和摩托*拉等。

首先，要认知到这个体系针对可靠性设计是有用的，这一点就非常难。

 

6.2 体系（框架）的搭建

fema体系既然是被比作热兵器，其制造难度当然不是冷兵器可以比拟的。fema体系与可靠性设计表里一体，这个又需要牛人和一堆工程师来通力。这回不是攻城略地，而是制造攻城略的兵器。比单纯刷副本的战役当然难多了。而且这个东西起效很慢，装备的至少是能有一定等级的工程师（能明确结构设计的人员，至少会画图吧）。所以这也是一个难关吧。

但社会在发展，作为一名结构设计工程师，明知道有热兵器的存在，就需要去了解它，得到它。莫要成为时代的活祭品。