1. 項(xiàng)目概述從“六性”這個(gè)軍工黑話說(shuō)起在軍工、航空航天、軌道交通這些高精尖的裝備制造領(lǐng)域如果你聽(tīng)到工程師們討論“這產(chǎn)品的‘六性’設(shè)計(jì)得怎么樣”千萬(wàn)別以為他們?cè)诹氖裁凑軐W(xué)問(wèn)題。這個(gè)“六性”是貫穿產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)到使用維護(hù)全生命周期的一套核心質(zhì)量與效能指標(biāo)體系是確保裝備“頂用、管用、好用、耐用”的底層邏輯。它不是一個(gè)空泛的概念而是具體到每一個(gè)螺絲釘、每一行代碼、每一次測(cè)試的硬性要求。對(duì)于剛接觸這個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)師、質(zhì)量工程師甚至項(xiàng)目經(jīng)理來(lái)說(shuō)搞懂“六性”不僅是入門必修課更是決定產(chǎn)品能否順利通過(guò)驗(yàn)收、能否在嚴(yán)苛環(huán)境下穩(wěn)定可靠工作的關(guān)鍵。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)“六性”是可靠性、維修性、測(cè)試性、保障性、安全性、環(huán)境適應(yīng)性這六個(gè)“性”的總稱。它脫胎于軍工標(biāo)準(zhǔn)常說(shuō)的“國(guó)軍標(biāo)”GJB但它的思想和要求早已滲透到民用高端裝備、工業(yè)母機(jī)、甚至消費(fèi)電子中那些對(duì)品質(zhì)有極致追求的環(huán)節(jié)。很多人第一次接觸會(huì)覺(jué)得概念抽象條款繁多不知從何下手。其實(shí)它的核心思想非常樸素讓你的產(chǎn)品在需要的時(shí)候能用壞了能快速修好平時(shí)好檢查用起來(lái)安全并且能在各種惡劣條件下“扛得住”。接下來(lái)我就結(jié)合自己多年在一線跟這些要求“打交道”的經(jīng)驗(yàn)把這“六性”掰開(kāi)揉碎了講清楚讓你不僅知道它們是什么更明白在實(shí)際工作中怎么去落實(shí)和權(quán)衡。2. “六性”核心內(nèi)涵與邏輯關(guān)系拆解“六性”不是一個(gè)簡(jiǎn)單的并列清單它們之間存在著深刻的內(nèi)在聯(lián)系和邏輯層次理解這個(gè)結(jié)構(gòu)比死記硬背定義重要得多。2.1 基石可靠性與環(huán)境適應(yīng)性如果把產(chǎn)品比作一個(gè)士兵那么可靠性就是他的基本身體素質(zhì)和在規(guī)定時(shí)間、規(guī)定條件下完成規(guī)定任務(wù)的能力。在國(guó)軍標(biāo)里可靠性通常用平均故障間隔時(shí)間MTBF來(lái)量化。比如某型雷達(dá)要求MTBF不低于1000小時(shí)意思就是統(tǒng)計(jì)上平均每運(yùn)行1000小時(shí)才發(fā)生一次故障。但這里有個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)可靠性一定是在規(guī)定的環(huán)境條件下定義的。這就是環(huán)境適應(yīng)性要解決的問(wèn)題。環(huán)境適應(yīng)性指的是產(chǎn)品在其壽命周期內(nèi)預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境應(yīng)力如溫度、濕度、振動(dòng)、沖擊、鹽霧、霉菌等作用下能正常工作的能力。你可以把它理解為士兵的“全天候作戰(zhàn)能力”。一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室25℃恒溫下MTBF很高的產(chǎn)品到了沙漠50℃高溫或北極-40℃嚴(yán)寒中可能瞬間“趴窩”。因此可靠性和環(huán)境適應(yīng)性是密不可分的孿生兄弟。設(shè)計(jì)時(shí)必須明確產(chǎn)品的使用環(huán)境剖面并以此為依據(jù)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)和環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)如高低溫試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)。一個(gè)常見(jiàn)的誤區(qū)是只關(guān)注常溫下的可靠性指標(biāo)而忽略了環(huán)境適應(yīng)性導(dǎo)致產(chǎn)品一上場(chǎng)就“水土不服”。2.2 故障發(fā)生后的應(yīng)對(duì)維修性與測(cè)試性無(wú)論可靠性設(shè)計(jì)得多好故障終究會(huì)發(fā)生。這時(shí)維修性和測(cè)試性就登場(chǎng)了。維修性關(guān)注的是產(chǎn)品在發(fā)生故障后能夠被迅速、經(jīng)濟(jì)、有效地修復(fù)的能力。它的核心指標(biāo)是平均修復(fù)時(shí)間MTTR。如何降低MTTR這就涉及到設(shè)計(jì)時(shí)的考量是否采用模塊化設(shè)計(jì)故障單元是否易于拆裝是否需要特殊的工具維修手冊(cè)是否清晰而測(cè)試性則是為維修性提供支持的“偵察兵”。它指的是產(chǎn)品能及時(shí)、準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)工作正常、發(fā)生故障或性能下降并隔離其內(nèi)部故障的能力。一個(gè)好的測(cè)試性設(shè)計(jì)意味著產(chǎn)品內(nèi)置了完善的機(jī)內(nèi)測(cè)試BIT功能能通過(guò)指示燈、故障代碼或總線信息快速將故障定位到外場(chǎng)可更換單元LRU甚至內(nèi)場(chǎng)可更換單元SRU。舉個(gè)例子現(xiàn)代汽車的行車電腦一旦某個(gè)傳感器故障不僅能亮起故障燈還能通過(guò)OBD接口讀出具體的故障碼這就是測(cè)試性的體現(xiàn)。維修性決定了“修起來(lái)快不快”測(cè)試性決定了“找到毛病準(zhǔn)不準(zhǔn)”。兩者結(jié)合才能最大化減少設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。2.3 全系統(tǒng)視角保障性與安全性保障性是一個(gè)更宏觀、更系統(tǒng)的屬性。它指的是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源能夠滿足平時(shí)戰(zhàn)備完好性和戰(zhàn)時(shí)使用要求的能力。它不僅僅關(guān)注產(chǎn)品本身還涵蓋了人、機(jī)、料、法、環(huán)整個(gè)保障體系需要什么樣的維修人員技能需要準(zhǔn)備多少備件備件庫(kù)存需要什么特殊的保障設(shè)備如專用檢測(cè)儀技術(shù)資料是否齊全保障性設(shè)計(jì)的目標(biāo)是以最經(jīng)濟(jì)的壽命周期費(fèi)用提供所需的保障資源。它像是產(chǎn)品的“后勤司令部”確保產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)都有強(qiáng)大的后援支持。安全性則是所有屬性的紅線與底線。它指的是產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用、維修過(guò)程中不導(dǎo)致人員傷亡、不危害健康及環(huán)境不給設(shè)備或財(cái)產(chǎn)造成重大損失的能力。安全性設(shè)計(jì)遵循的是“故障-安全”原則。例如一個(gè)液壓系統(tǒng)在管路爆裂時(shí)設(shè)計(jì)應(yīng)確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)能自動(dòng)回到安全位置如降落而不是失控。安全性分析如故障模式、影響及危害性分析FMECA是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中強(qiáng)制且關(guān)鍵的一環(huán)。注意這“六性”之間存在權(quán)衡。比如為了提高可靠性如增加冗余備份可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量增加反而對(duì)維修性更難拆裝和保障性需要更多備件產(chǎn)生負(fù)面影響。優(yōu)秀的設(shè)計(jì)是在這些相互制約的要求中找到一個(gè)最優(yōu)平衡點(diǎn)。3. 設(shè)計(jì)階段的“六性”工作如何落地紙上談兵終覺(jué)淺絕知此事要躬行。“六性”要求必須融入到產(chǎn)品研發(fā)的每一個(gè)階段否則就會(huì)淪為文檔里的空話。3.1 方案與初步設(shè)計(jì)階段定規(guī)矩、做分配這個(gè)階段的核心是“頂層規(guī)劃”。首先要根據(jù)產(chǎn)品的使命任務(wù)和合同要求制定詳細(xì)的《“六性”工作計(jì)劃》和《“六性”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》。工作計(jì)劃是路線圖明確各階段要做什么、誰(shuí)來(lái)做、什么時(shí)候交付設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是“憲法”是所有設(shè)計(jì)師必須遵守的條條框框比如“所有對(duì)外接口必須有過(guò)流保護(hù)電路”、“關(guān)鍵模塊MTBF不低于XX小時(shí)”、“單點(diǎn)故障模式必須消除”等。緊接著要進(jìn)行**“六性”指標(biāo)分配**。系統(tǒng)總體指標(biāo)如整機(jī)MTBF需要像分蛋糕一樣逐級(jí)分解到分系統(tǒng)、設(shè)備、模塊乃至關(guān)鍵元器件。這個(gè)過(guò)程需要工程經(jīng)驗(yàn)不能簡(jiǎn)單平均分配。對(duì)于故障影響大、維修困難的單元分配的可靠性指標(biāo)要更高對(duì)于頻繁操作、易損的單元維修性指標(biāo)MTTR要更嚴(yán)。我們常用表格來(lái)跟蹤和管理這些分配指標(biāo)產(chǎn)品層級(jí)單元名稱可靠性指標(biāo)MTBF/h維修性指標(biāo)MTTR/h安全性關(guān)鍵等級(jí)備注系統(tǒng)XX雷達(dá)整機(jī)15000.5A合同要求分系統(tǒng)發(fā)射機(jī)50001.0A關(guān)鍵冗余設(shè)計(jì)設(shè)備高壓電源模塊200000.5B外場(chǎng)可更換元器件功率MOS管--C選用軍品級(jí)3.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)與樣機(jī)階段分析、設(shè)計(jì)與驗(yàn)證這是“六性”工程的核心實(shí)施階段。設(shè)計(jì)師要運(yùn)用各種工具和方法將要求轉(zhuǎn)化為具體設(shè)計(jì)?？煽啃栽O(shè)計(jì)包括降額設(shè)計(jì)讓元器件工作在其額定能力之下如電容使用電壓不超過(guò)標(biāo)稱值的60%、冗余設(shè)計(jì)關(guān)鍵通道采用雙備份、熱設(shè)計(jì)通過(guò)散熱片、風(fēng)道等控制溫升、抗振設(shè)計(jì)等。同時(shí)要進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)根據(jù)元器件失效率數(shù)據(jù)如MIL-HDBK-217F或GJB/Z 299C估算模塊或系統(tǒng)的MTBF看是否滿足分配指標(biāo)。維修性與測(cè)試性設(shè)計(jì)貫徹模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化思想。確保LRU的拆裝不超過(guò)6個(gè)步驟、不需要特殊工具。設(shè)計(jì)完善的BIT電路定義清晰的故障診斷樹和故障代碼表。機(jī)箱上預(yù)留充足的測(cè)試點(diǎn)并做好標(biāo)識(shí)。安全性設(shè)計(jì)開(kāi)展FMECA分析系統(tǒng)地找出所有潛在的故障模式分析其影響和危害度并針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目制定預(yù)防或補(bǔ)償措施。例如分析發(fā)現(xiàn)某繼電器粘連會(huì)導(dǎo)致設(shè)備無(wú)法關(guān)機(jī)危害度高那么設(shè)計(jì)上就要增加并聯(lián)的手動(dòng)機(jī)械開(kāi)關(guān)作為安全備份。環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)根據(jù)環(huán)境剖面選擇合適的外殼防護(hù)等級(jí)IP等級(jí)、進(jìn)行三防防潮、防霉、防鹽霧工藝處理、選用寬溫元器件、進(jìn)行加固結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。這個(gè)階段會(huì)輸出大量的分析報(bào)告如《可靠性預(yù)計(jì)報(bào)告》、《FMECA報(bào)告》、《維修性分析報(bào)告》等這些不僅是設(shè)計(jì)依據(jù)也是后續(xù)評(píng)審和驗(yàn)收的重要證據(jù)。3.3 設(shè)計(jì)驗(yàn)證從分析到試驗(yàn)設(shè)計(jì)得再好也需要試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)是“試金石”。環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)通常是摸底試驗(yàn)在樣機(jī)上按照GJB 150A等標(biāo)準(zhǔn)依次進(jìn)行低溫、高溫、溫度沖擊、振動(dòng)、沖擊等試驗(yàn)檢查產(chǎn)品功能性能是否正常。試驗(yàn)中暴露的問(wèn)題必須反饋回設(shè)計(jì)進(jìn)行修改?？煽啃则?yàn)證試驗(yàn)最常見(jiàn)的是可靠性鑒定試驗(yàn)。它通過(guò)讓一定數(shù)量的產(chǎn)品在加速或模擬真實(shí)的環(huán)境應(yīng)力下運(yùn)行收集故障數(shù)據(jù)用統(tǒng)計(jì)方法驗(yàn)證其MTBF是否達(dá)到規(guī)定值。這是一個(gè)耗時(shí)耗錢的試驗(yàn)但也是證明產(chǎn)品可靠性的終極手段。試驗(yàn)方案如選用何種統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案、總試驗(yàn)時(shí)間等需要精心設(shè)計(jì)。4. 常見(jiàn)誤區(qū)與實(shí)操心得在實(shí)際工作中圍繞“六性”會(huì)產(chǎn)生很多困惑和誤區(qū)處理不好就會(huì)走彎路。4.1 誤區(qū)一“六性”是質(zhì)量部門的事與設(shè)計(jì)師無(wú)關(guān)這是最致命的認(rèn)識(shí)。質(zhì)量或可靠性工程師負(fù)責(zé)制定規(guī)范、組織評(píng)審、監(jiān)督過(guò)程但真正的“六性”是設(shè)計(jì)進(jìn)去的不是檢驗(yàn)出來(lái)的。一個(gè)原理圖、一個(gè)結(jié)構(gòu)件、一行代碼都深刻影響著最終的“六性”水平。如果設(shè)計(jì)師沒(méi)有“六性”意識(shí)后期無(wú)論如何測(cè)試、如何加強(qiáng)檢驗(yàn)都難以從根本上提升。必須讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從項(xiàng)目一開(kāi)始就深度參與“六性”工作將其視為與功能、性能同等重要的設(shè)計(jì)約束。4.2 誤區(qū)二過(guò)分追求單一指標(biāo)忽視綜合權(quán)衡曾經(jīng)有個(gè)項(xiàng)目客戶對(duì)可靠性指標(biāo)提了極高要求。團(tuán)隊(duì)為了達(dá)標(biāo)在關(guān)鍵部位采用了三重冗余設(shè)計(jì)。結(jié)果呢系統(tǒng)復(fù)雜度暴增體積、重量、功耗都超標(biāo)故障診斷變得極其困難因?yàn)橐袛嗍侨字心囊惶壮隽藛?wèn)題維修時(shí)間和備件成本也大幅上升。最終雖然MTBF紙面數(shù)據(jù)很好看但整體的戰(zhàn)備完好性和壽命周期費(fèi)用并不理想。這就是典型的“撿了芝麻丟了西瓜”?！傲浴惫こ淌窍到y(tǒng)工程必須站在產(chǎn)品全生命周期效費(fèi)比的角度進(jìn)行綜合優(yōu)化。4.3 誤區(qū)三分析報(bào)告流于形式與設(shè)計(jì)脫節(jié)很多團(tuán)隊(duì)做FMECA、可靠性預(yù)計(jì)只是為了應(yīng)付評(píng)審和交付文檔。分析時(shí)拍腦袋數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確得出的結(jié)論如“危害度低風(fēng)險(xiǎn)可接受”沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)格推敲。更糟糕的是分析中識(shí)別出的高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)更改時(shí)沒(méi)有被落實(shí)。這就讓所有分析工作失去了價(jià)值。我的經(jīng)驗(yàn)是讓核心設(shè)計(jì)師主導(dǎo)或深度參與分析。分析必須基于最新的、詳細(xì)的設(shè)計(jì)資料如電路圖、BOM表、軟件流程圖。分析輸出的改進(jìn)措施必須納入設(shè)計(jì)更改清單進(jìn)行跟蹤閉環(huán)并在后續(xù)的試驗(yàn)中予以驗(yàn)證。4.4 實(shí)操心得如何讓“六性”工作更高效建立檢查單Checklist將常用的“六性”設(shè)計(jì)準(zhǔn)則如降額準(zhǔn)則、熱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則做成檢查單在設(shè)計(jì)的各個(gè)評(píng)審節(jié)點(diǎn)如原理圖評(píng)審、結(jié)構(gòu)評(píng)審中逐條核對(duì)。這是防止低級(jí)錯(cuò)誤遺漏的最有效方法。善用工具軟件現(xiàn)在有很多專業(yè)的可靠性分析軟件如ReliaSoft系列可以輔助進(jìn)行FMECA、可靠性預(yù)計(jì)、可靠性框圖建模等。它們能提高分析效率保證數(shù)據(jù)一致性并生成規(guī)范的報(bào)告。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)投資使用這些工具是值得的。重視數(shù)據(jù)積累元器件失效率數(shù)據(jù)、維修時(shí)間數(shù)據(jù)、故障模式數(shù)據(jù)都是企業(yè)的寶貴財(cái)富。建立自己的“六性”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)能讓未來(lái)的預(yù)計(jì)和分析更準(zhǔn)確。每次試驗(yàn)、每次外場(chǎng)故障都是收集數(shù)據(jù)的好機(jī)會(huì)。測(cè)試性設(shè)計(jì)要前置不要等到產(chǎn)品做出來(lái)了才想著怎么測(cè)試。在架構(gòu)設(shè)計(jì)階段就要規(guī)劃好測(cè)試總線如JTAG、邊界掃描、定義好故障診斷策略。在硬件設(shè)計(jì)時(shí)就要預(yù)留測(cè)試點(diǎn)和BIT電路的空間與接口。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)就要編寫詳細(xì)的BIT代碼和故障處理程序。5. “六性”的延伸從軍用標(biāo)準(zhǔn)到卓越產(chǎn)品的通用語(yǔ)言雖然“六性”源于國(guó)軍標(biāo)但其蘊(yùn)含的系統(tǒng)工程思想對(duì)任何追求高可靠、高品質(zhì)的產(chǎn)品都具有普適價(jià)值。在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域可靠性和環(huán)境適應(yīng)性決定了它在產(chǎn)線上能否7x24小時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行維修性和測(cè)試性則直接關(guān)系到設(shè)備綜合效率OEE快速的故障診斷和模塊更換能極大減少停產(chǎn)損失。在新能源汽車行業(yè)安全性是壓倒一切的紅線從電池包的熱失控防護(hù)到整車的功能安全I(xiàn)SO 26262其核心思想與軍工的安全性分析一脈相承而保障性則體現(xiàn)在充電網(wǎng)絡(luò)布局、售后服務(wù)體系、OTA遠(yuǎn)程升級(jí)能力上。甚至在我們?nèi)粘Ｊ褂玫南M(fèi)電子產(chǎn)品中也能看到“六性”的影子。手機(jī)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的跌落、高低溫測(cè)試環(huán)境適應(yīng)性系統(tǒng)內(nèi)置的硬件診斷和恢復(fù)模式測(cè)試性與維修性廠商提供的云服務(wù)備份和便捷的售后保障性以及電池安全防護(hù)安全性共同構(gòu)成了用戶體驗(yàn)的基礎(chǔ)。因此理解“六性”不僅僅是滿足一份標(biāo)準(zhǔn)的要求更是掌握了一種打造堅(jiān)固、耐用、易維護(hù)、用戶友好的卓越產(chǎn)品的系統(tǒng)化思維和方法論。它強(qiáng)迫我們從產(chǎn)品出生的那一刻起就不僅要思考它“能做什么”更要思考它“可能會(huì)怎樣壞”、“壞了怎么辦”、“怎么用著更安全省心”。這種貫穿生命周期的設(shè)計(jì)視角正是工程師從“實(shí)現(xiàn)功能”走向“創(chuàng)造價(jià)值”的關(guān)鍵一步。