高阶篇：4）可靠性设计-总章 基础篇：10）产品结构设计理念的框架搭建（启下之章）

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雌雄，查理让一个马夫去给本身的战马钉马掌，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，大战中突然一只马掌掉了，国王被掀翻在地，王国随之易主。

固然，一个国家的败亡，能够是以一枚铁钉，也能够是一个金币，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缘由，找到那枚铁钉，并消除它的方法！

2.可靠性定义

什么是可靠性？

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几率表示。

①为新定义，②为旧定义，③为可靠度，口语中经常和可靠性混淆。

参见：

基础篇：10）产品结构设计理念的框架搭建（启下之章）

3.可靠性设计定义

学习了可靠性，再明确可靠性设计。

可靠性设计：保证机械及其零部件知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、评定等工做。

从可靠性设计的定义能够看出，新可靠性定义的重要性。

3.1 可靠性设计的目的和任务

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，经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：经过设计，基本实现系统的固有可靠性。说“基本实现”是由于在之后的生产制造过程当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。全部的其余因素（如维修性）只能保证系统的实际可靠性尽量地接近固有可靠性。

可靠性设计的任务就是实现产品可靠性设计的目的，预测和预防产品全部可能发生的故障。也就是挖掘和确保产品潜在的隐患和薄弱环节，经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。

也能够说可靠性设计通常有两种状况：一种是按照给定的目标要求进行设计，一般用于新产品的研制和开发；另外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、提升，达到可靠性增加的目的。

3.2 设计的基本原则

在可靠性设计过程当中应遵循如下原则：

（1）可靠性设计应有明确的可靠性指标和可靠性评估方案；

//好比fmea的评价系统就是明确的评价指标和方案。

（2）可靠性设计必须贯穿于功能设计的各个环节，在知足基本功能的同时，要全面考虑影响可靠性的各类因素；

（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；

//可靠性设计的裕度，失效安全设计，防错等。

（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、新材料以前，必须通过试验，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，以便作出最佳设计方案。

3.3 可靠性设计方法

可靠性设计方法不是惟一的，并且随着时代的进步而变化，系统而详尽的方法是一种趋势。

这里只介绍一套做者所了解、使用和总结的最好的可靠性设计方法，作为分章的引子。

其金字塔的设计顺序分为四部，以下所述：

1）QFDI（顾客需求转换为设计要求）；

2）QFDII（设计要求逐层分配给各零件）；

3）DFMEA设计失效模式和失效后果分析；

4）FTA故障树分析法（可不用）；

QFDI→QFDII→DFMEA→FTA，切记，莫要乱了顺序，都不是容易的方法，请循序渐进的来学习和设计。

4.可靠性设计方法就是投石器

各类可靠性机械设计的准则至关于板砖，可靠性设计方法（QFD、DFMEA）至关于投石器。（这是做者想到的合适的比喻）

QFD、DFMEA只是将本来就有的机械设计准则更完善地运用起来。

这是做者最近的感悟，也是对这些质量设计方法最好的比喻。

不少DFMEA中集合的方法，好比预防控制6种手段，机械设计师从好久之前开始就知道了。

如上图所示，有哪位机械设计工程师不知道按照标准来进行结构设计吗？不可能。

但知道归知道，怎么运用这些设计准则是有区别的！

一般高手能把板砖（设计准则）舞得虎虎生风当然值得敬佩。可是，板砖能形成的杀伤了有限的，哪怕多带几块也同样。

QFD、DFMEA却像是投石器，它能把不少板砖一块儿投出去，形成大规模的杀伤。这才是它值得学习的地方。

它是一整套先进的设计工具，设计方法、

实际上，像是其余的机械设计方法，如DFMA等，也是同样的道理。

另外，从做者的实践来看，QFDI→QFDII→DFMEA→FTA，这一套连贯的方法最大的做用的是：有脉络地作可靠性设计。再也不会单靠直觉或所谓的经验来发现和解决问题（又不是玩猜谜）。

虽然繁杂，但确是下降了各个步骤的可靠性设计难度。

5.可靠性设计方法的进化对比

就以可靠性的失效后果的严重度（就是出了错会有什么事的程度），为例。

1）之前严重度的标准

这是JB5054标准上的，2000年。

2）如今严重度的标准

这是FMEA手册第四版严重度评价办法，国外2008年。

因而可知，可靠性的设计方法并不是一直不变的，随着时代的进步而进步。

5.1  是否评价标准越详细越给结构工程师带来负担？

如题，是否评价标准越详细越给结构工程师带来负担？

做者的回答是，不必定。

通常来讲。评价标准越详细，的确能够有利于结构设计的优化，也是从此发展的趋势。如FMEA的RPN升级到AP（第五版）的系统。

但详细的评价若是是用手工或人力来完成，固然会带来严重的负担。反之则未必，若是只是单纯的电脑自动评价，反而是减小负担的一种表现。

就如网络游戏同样，游戏中的攻防血蓝等评价系统，也很复杂，须要ATK，defense，buff，debuff等一堆数值加加减减，但有几个玩家会以为这些东西是负担了╮(╯▽╰)╭。

6.可靠性设计方法的引入代价

至于这么好的东西，为何国内设计行业不快快引入呢？

机械行业历来是一分付出，一分收获。质量设计体系（框架）的实施比单纯解决可靠性问题的好不少，付出的也要多不少。

从做者看来，有如下的代价，是必需要付出的。

6.1 认知到质量设计体系的做用。

就拿FMEA举例。

FMEA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。

能够看出只有对可靠性要求严格的行业，才须要FMEA的体系，国内也只是到车企才须要一些FMEA的要求，并且未必获得重视。但国外的一些家电或消费类电子行业倒是早早的采用了它，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，这一点就很是难。

其中重要的一点，就是如今不少厂家的FMEA只是一个失效记录本子，并不能真正起到设计和制造的辅助左右，并且，不完整。这样的体系的确很难让人认识到它的做用。

6.2 质量体系（框架）的搭建

fema体系既然是被比做投石器，其制造难度固然不是板砖能够比拟的。fema体系与可靠性设计表里一体，这个又须要牛人和一堆工程师来通力。

认识到做用，愿意付出代价，而且不是急功近利地作什么事情才找对应的工程师，这是很是困难的。

7.可靠性设计方法资料分享

这套可靠性设计方法是做者搭建产品设计框架的重要的一步。以下图。

实践是比较困难的，能够一步一步来，如FEMA不能作到位，能够先作完整的QFD也行。只有实践，才能明确各类方法的做用。

可靠性设计方法的资料分享在下面网盘中。

本来做者分享一些资料，是想作些互动。

也想要更好的沟通和多一些朋友。

能够去关注做者的微信公众号：mdmodule；

做者的邮箱：zjc9915@qq.com，能够写一些长感想，做者通常会回。

QFD连接：https://pan.baidu.com/s/1P2UH3cJ1FFk-Nafa35043g 密码：b08t

DFMEA连接：https://pan.baidu.com/s/1hgeAibYK9suANs83wnDjfQ 密码：zhz8