神马文学网可靠性工程——成功之路
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2006-06-09 王永坤 点击： 663
可靠性工程——成功之路
很多公司都曾经发生了或正在发生着这样一种情况，市场上，客户对产品不断发生的故障抱怨不断，对反复发生的问题更是暴跳如雷和无可奈何；而营销人员在旁如坐针毡，走也不是，不走也不是，恨不得找个人狠狠打一顿。他们往往第一个想到的是为什么生产这样差，这帮人都是干什么的。
很自然，有问题的产品源源不断地返回公司，进行修理和返工。曾经有这样一家公司，是国内著名企业，98年的时候，市场竞争加剧，但质量没有控制好，产品返修率高达6%，那一年，也不知为什么，产品问题不断，几个产品线都有问题，以至临时存放的仓库都放不下。此事上报老板，要求老板增加仓库，老板到仓库现场一看，十分触动，密密麻麻，到处都是，果然再不增加仓库就没有地方了。老板正在为日益被对手蚕食的市场而寝食难安，更加被眼前的景象刺激。不改变是没有出路了。
老板经过多日苦思冥想，决定全面变革，引进国际管理咨询公司，为公司诊断，下猛药。同时成立多个改进小组，分头实施。事后证明，该老板是十分英明的。
其中的一个小组，是进行失效分析，为什么失效，找到真正原因。
该小组首先从电路原理进行分析，找到失效单元，再确认失效元件，用各种物理化学手段，分析元件，找到失效机理，研究并验证该元件的失效机理，是ESD，MSD，EOS还是其他原因导致的损伤，最后根据元件规格和现场条件判定该元件是否被可靠地使用，从而找到真正的原因。经过大量的分析后，基本所有的元件都被分析到，自然形成了一个失效案例数据库。这样，每个设计工程师在使用一个库里的元件时，都预先知道了该元件曾经的失效经历，从而能够在设计时提前考虑，加以预防。这就是器件级DFMEA。前后经过7年的实践，该公司取得了巨大成就，产品可靠性达到世界一流水平，遥遥领先于国内对手。国际市场则所向披靡，令对手胆寒。
现在我们来看看产品可靠性的全过程是什么样的。我们可以用一个图来做一个整体描述：
要设计生产出可靠的产品，需要从整个流程考虑问题。方案选型是第一步，也是最重要的一步。往往我们都会栽在这一步。产品可靠性的50%是由元件本身的可靠性决定的，30%是设计过程决定的，20%是制造、运输和使用决定的，当选型不慎，使用了不成熟的方案和器件，设计和生产再努力，也是没有用。在竞争日益激烈，价格战不断的消费电器领域，很多公司经不住短期的困难，往往冒险使用供应商新推出的更低成本方案，短时间内，产品很快占领市场，也赢得一些利润，殊不知，危机已经潜伏下来。常见的现象就是，刚开始轰轰烈烈，皆大欢喜，没多久，也就2-3个月，大量的产品开始出现这样那样的故障，售后部门像无头苍蝇，到处灭火，设计人员被各种求救电话折腾得没有脾气，极大地消耗了各方士气，刚到手的微薄利润也在无声无息中悄悄流失。而事情并没有到此为止，连绵不断的返修、投诉，导致顾客怨声载道，骂声一片，最后连累该公司的所有产品，销量下滑，利润下滑，顾客流失，老板心急如焚，但也没有办法。
如果就此能够吸取教训，从此严肃对待此事，未必不是一件好事，但事实上，“好了伤疤忘了疼”是常见现象。过不了多久，又回到老路上，继续重复着，产品始终在低水平上运行，问题不断重复，市场越来越小。
这里有一个数据：方案（器件）选型，IBM需要1-2年时间，才能决定是否使用，一旦确定，必签定严格苛刻的质量协议，如有违反，将遭到最多10倍损失的罚款。本文开头提到的公司原来是2-4周时间来认证，最后经过改进，3-6个月。选型的重要性已经被国际公司证明是严肃和关键的。
提高产品可靠性接下来就是设计过程。这个过程就是可靠地使用元件的过程。要想真正可靠设计，并用好辛辛苦苦选定的元件，设计人员应当掌握14门设计课程：可靠性预计，FMEA，QFD，EOS防护设计，ESD防护设计，容差设计，降额设计，升额设计，热设计，信号完整性分析，EMC设计，安全设计，环境适应性设计，寿命与可维护性设计。
其中最重要的几门课程是：FMEA，QFD，EOS防护设计，ESD防护设计，容差设计，降额设计，信号完整性分析和EMC，安全设计。这些设计课程的知识最终要转化到产品当中，没有这些知识积累，要设计出可靠的产品基本上是靠反复测试修改，人海战术再加上好运气了。
当然这些课程是要靠积累获得的，请外部专家是一个捷径。
设计完成后，接下来就是生产制造，影响制造可靠性的关键环节就是ESD防护、MSD防护以及可焊性问题。ESD不仅在生产线上要注意防护，在仓储、配送各个环节都要注意。MSD是潮湿敏感度的简称，一般IC都是特种塑料封装，由注塑机一次成型，其优点是适合大批量生产，缺点就是气密性差，容易吸收空气中水分。吸收水分的IC在回流焊或波峰焊时，表面的高温会引起水分在极短时间内汽化，引起封装材料应力集中而膨胀变形，变形的封装材料导致IC内引线受力，引起脱焊或虚焊，有的即使没断，但也变形变细，以后在正常使用中，也可能会烧断，严重影响产品可靠性。为了克服MSD的问题，最好是选用MSD等级高的产品，MSD3级的产品，能够使得IC暴露在空气中1周时间而不需要在焊接时进行预处理。而MSD5级的产品，暴露在空气中则仅仅能放置24h，超过24h，必须进行烘烤干燥处理。
可焊性是另一个影响产品可靠性的关键因素，常见的现象是产品在1年左右的使用后，就出现时而正常，时而不正常现象，打开机壳后，并没有元件烧损，仔细检查，往往会发现是可疑元件管脚虚焊，重新补焊后，一切正常。有统计数据表明，CRT电视此类现象占所有返修故障的20%多，是第一位的失效原因。
要提高可焊性首先要元件引脚可焊性提高，经常发现有的元件引脚十分光亮，有的是暗淡无光，有的是银色，有的是灰色，有的表面光滑，有的粗糙，有的粗，有的细，这些不同材质，不同大小的元件在一起，焊接的质量可想而知了。但这种情况往往得不到应有的重视，一旦发生问题，首先认为是生产的问题，其实问题早就发生了，为什么不要求供应商注意呢，但无人关注。尤其是无铅焊接实施后，引脚材料和焊接工艺都发生了变化，可焊性条件需要特别关注。
失效分析，这一步就是针对设计、生产、售后发生的元件失效进行地毯式检查分析，使用各种仪器设备进行检查，透过现象，根据失效机理，找到失效的真正原因。是设计造成的、生产造成的，还是元件本身质量问题，然后改进提高。这个过程需要具有丰富设计经验的工程师主导。常见现象是，采购人员拿到供应商处进行分析，但结论往往都是使用问题，或是敷衍了事，或是不了了之，总之，不是厂家的问题。或许他会悄悄改正，但你不可能得到什么有价值的结果，更无法向他索赔。所有人员都蒙在鼓里，没有积累，没有长进。大多数厂家对失效分析的关注程度很不够，都认为，只要问题解决了，一切都OK了。其实，这里面的经验教训，很多是用多少钱也换不来的，浪费掉，实在可惜。
以上过程是一个产品可靠性的过程。这个过程是一个闭环，是一个稳定的质量改进过程。做好了每个环节，可靠性必将是有很高的保证。
如何做好这个闭环，使得各项工作都有成效呢？这就需要流程保障，IT手段。
流程保障的目的就是不同的人做相同的事，保证有相同或相近的结果，即使错了，也错得一致。流程保障的重点就是做好各个过程关键点的管理和控制，严格输入输出的控制。常见的现象就是说得好好的，写在纸面上，但一旦实施，就是困难重重，这个理由那个原因，总之，不想改变，结果往往是刚开始轰轰烈烈，最后却原地踏步。原因有多种，一个最主要的原因是没有使用IT技术，实际操作中，由于需要大量的文档输出，光靠个人手工，没有资源共享，管理部门面对海量的信息，怎么能够应付过来？由于缺少及时检查督促，工程人员往往由于惰性，而最后放弃变化。另外，工作业绩统计也是需要IT手段，如果能自动生成各种报表，减轻大家的负担，流程就更容易贯彻下去。现在比较流行的就是PDM，ERP。
另一个重要原因就是制度缺乏刚性，害怕工程人员反对，好象工程人员不高兴，制度就是错的。因此，往往制度就是在看脸色中变形而流产的。本文开头提到的公司刚开始实施DFMEA过程中，也有很多工程师不适应，从研发走了很多人，去技术支持的，去销售的，这些人在新岗位上都发挥了很大作用。留下来的，后来补充进来的，都严格按规定操作，结果，实施不到几年，PCB升级次数由5.8降到3.2；产品的返修率从6%降到0.5%。以至后来该公司一线研发人员招聘条件都比以前低，薪水也降了很多。理由是严格按流程做，不需要多么高的知识水平就同样能保证高质量的水准。这个有点像印度的软件工程师，由于印度的软件质量保证工程（CMM）做得非常好，以至家庭妇女都能写上一段标准的代码，完成一个特定的功能。
现在，很多公司在遇到困难时，首先想到的是降低成本、降薪、裁人，但没有想到裁人后怎么办？如果立即行动，建立系统的制度，辅以IT手段，加强内功，以图东山再起，无疑是坏事变好事。可往往是排挤了异己，引进了知己。这样的企业，时常处在一种动荡当中，3个月一小变，6个月一大变，员工茫茫然，领导也是茫茫然。本文开头提到的公司给我们做了一个榜样，98年在公司面临严重危机的关键时刻，下属一家公司以7.5亿美元出售。从上到下，从左到右，各自请业内最好的顾问，强力实施学习和变革，前后总共花掉10亿咨询费。现在，该公司已经成功度过冬天，并迎来果实累累的季节。
作者单位 TTE全球研发中心
可靠性工程——成功之路
很多公司都曾经发生了或正在发生着这样一种情况，市场上，客户对产品不断发生的故障抱怨不断，对反复发生的问题更是暴跳如雷和无可奈何；而营销人员在旁如坐针毡，走也不是，不走也不是，恨不得找个人狠狠打一顿。他们往往第一个想到的是为什么生产这样差，这帮人都是干什么的。
很自然，有问题的产品源源不断地返回公司，进行修理和返工。曾经有这样一家公司，是国内著名企业，98年的时候，市场竞争加剧，但质量没有控制好，产品返修率高达6%，那一年，也不知为什么，产品问题不断，几个产品线都有问题，以至临时存放的仓库都放不下。此事上报老板，要求老板增加仓库，老板到仓库现场一看，十分触动，密密麻麻，到处都是，果然再不增加仓库就没有地方了。老板正在为日益被对手蚕食的市场而寝食难安，更加被眼前的景象刺激。不改变是没有出路了。
老板经过多日苦思冥想，决定全面变革，引进国际管理咨询公司，为公司诊断，下猛药。同时成立多个改进小组，分头实施。事后证明，该老板是十分英明的。
其中的一个小组，是进行失效分析，为什么失效，找到真正原因。
该小组首先从电路原理进行分析，找到失效单元，再确认失效元件，用各种物理化学手段，分析元件，找到失效机理，研究并验证该元件的失效机理，是ESD，MSD，EOS还是其他原因导致的损伤，最后根据元件规格和现场条件判定该元件是否被可靠地使用，从而找到真正的原因。经过大量的分析后，基本所有的元件都被分析到，自然形成了一个失效案例数据库。这样，每个设计工程师在使用一个库里的元件时，都预先知道了该元件曾经的失效经历，从而能够在设计时提前考虑，加以预防。这就是器件级DFMEA。前后经过7年的实践，该公司取得了巨大成就，产品可靠性达到世界一流水平，遥遥领先于国内对手。国际市场则所向披靡，令对手胆寒。
现在我们来看看产品可靠性的全过程是什么样的。我们可以用一个图来做一个整体描述：
要设计生产出可靠的产品，需要从整个流程考虑问题。方案选型是第一步，也是最重要的一步。往往我们都会栽在这一步。产品可靠性的50%是由元件本身的可靠性决定的，30%是设计过程决定的，20%是制造、运输和使用决定的，当选型不慎，使用了不成熟的方案和器件，设计和生产再努力，也是没有用。在竞争日益激烈，价格战不断的消费电器领域，很多公司经不住短期的困难，往往冒险使用供应商新推出的更低成本方案，短时间内，产品很快占领市场，也赢得一些利润，殊不知，危机已经潜伏下来。常见的现象就是，刚开始轰轰烈烈，皆大欢喜，没多久，也就2-3个月，大量的产品开始出现这样那样的故障，售后部门像无头苍蝇，到处灭火，设计人员被各种求救电话折腾得没有脾气，极大地消耗了各方士气，刚到手的微薄利润也在无声无息中悄悄流失。而事情并没有到此为止，连绵不断的返修、投诉，导致顾客怨声载道，骂声一片，最后连累该公司的所有产品，销量下滑，利润下滑，顾客流失，老板心急如焚，但也没有办法。
如果就此能够吸取教训，从此严肃对待此事，未必不是一件好事，但事实上，“好了伤疤忘了疼”是常见现象。过不了多久，又回到老路上，继续重复着，产品始终在低水平上运行，问题不断重复，市场越来越小。
这里有一个数据：方案（器件）选型，IBM需要1-2年时间，才能决定是否使用，一旦确定，必签定严格苛刻的质量协议，如有违反，将遭到最多10倍损失的罚款。本文开头提到的公司原来是2-4周时间来认证，最后经过改进，3-6个月。选型的重要性已经被国际公司证明是严肃和关键的。
提高产品可靠性接下来就是设计过程。这个过程就是可靠地使用元件的过程。要想真正可靠设计，并用好辛辛苦苦选定的元件，设计人员应当掌握14门设计课程：可靠性预计，FMEA，QFD，EOS防护设计，ESD防护设计，容差设计，降额设计，升额设计，热设计，信号完整性分析，EMC设计，安全设计，环境适应性设计，寿命与可维护性设计。
其中最重要的几门课程是：FMEA，QFD，EOS防护设计，ESD防护设计，容差设计，降额设计，信号完整性分析和EMC，安全设计。这些设计课程的知识最终要转化到产品当中，没有这些知识积累，要设计出可靠的产品基本上是靠反复测试修改，人海战术再加上好运气了。
当然这些课程是要靠积累获得的，请外部专家是一个捷径。
设计完成后，接下来就是生产制造，影响制造可靠性的关键环节就是ESD防护、MSD防护以及可焊性问题。ESD不仅在生产线上要注意防护，在仓储、配送各个环节都要注意。MSD是潮湿敏感度的简称，一般IC都是特种塑料封装，由注塑机一次成型，其优点是适合大批量生产，缺点就是气密性差，容易吸收空气中水分。吸收水分的IC在回流焊或波峰焊时，表面的高温会引起水分在极短时间内汽化，引起封装材料应力集中而膨胀变形，变形的封装材料导致IC内引线受力，引起脱焊或虚焊，有的即使没断，但也变形变细，以后在正常使用中，也可能会烧断，严重影响产品可靠性。为了克服MSD的问题，最好是选用MSD等级高的产品，MSD3级的产品，能够使得IC暴露在空气中1周时间而不需要在焊接时进行预处理。而MSD5级的产品，暴露在空气中则仅仅能放置24h，超过24h，必须进行烘烤干燥处理。
可焊性是另一个影响产品可靠性的关键因素，常见的现象是产品在1年左右的使用后，就出现时而正常，时而不正常现象，打开机壳后，并没有元件烧损，仔细检查，往往会发现是可疑元件管脚虚焊，重新补焊后，一切正常。有统计数据表明，CRT电视此类现象占所有返修故障的20%多，是第一位的失效原因。
要提高可焊性首先要元件引脚可焊性提高，经常发现有的元件引脚十分光亮，有的是暗淡无光，有的是银色，有的是灰色，有的表面光滑，有的粗糙，有的粗，有的细，这些不同材质，不同大小的元件在一起，焊接的质量可想而知了。但这种情况往往得不到应有的重视，一旦发生问题，首先认为是生产的问题，其实问题早就发生了，为什么不要求供应商注意呢，但无人关注。尤其是无铅焊接实施后，引脚材料和焊接工艺都发生了变化，可焊性条件需要特别关注。
失效分析，这一步就是针对设计、生产、售后发生的元件失效进行地毯式检查分析，使用各种仪器设备进行检查，透过现象，根据失效机理，找到失效的真正原因。是设计造成的、生产造成的，还是元件本身质量问题，然后改进提高。这个过程需要具有丰富设计经验的工程师主导。常见现象是，采购人员拿到供应商处进行分析，但结论往往都是使用问题，或是敷衍了事，或是不了了之，总之，不是厂家的问题。或许他会悄悄改正，但你不可能得到什么有价值的结果，更无法向他索赔。所有人员都蒙在鼓里，没有积累，没有长进。大多数厂家对失效分析的关注程度很不够，都认为，只要问题解决了，一切都OK了。其实，这里面的经验教训，很多是用多少钱也换不来的，浪费掉，实在可惜。
以上过程是一个产品可靠性的过程。这个过程是一个闭环，是一个稳定的质量改进过程。做好了每个环节，可靠性必将是有很高的保证。
如何做好这个闭环，使得各项工作都有成效呢？这就需要流程保障，IT手段。
流程保障的目的就是不同的人做相同的事，保证有相同或相近的结果，即使错了，也错得一致。流程保障的重点就是做好各个过程关键点的管理和控制，严格输入输出的控制。常见的现象就是说得好好的，写在纸面上，但一旦实施，就是困难重重，这个理由那个原因，总之，不想改变，结果往往是刚开始轰轰烈烈，最后却原地踏步。原因有多种，一个最主要的原因是没有使用IT技术，实际操作中，由于需要大量的文档输出，光靠个人手工，没有资源共享，管理部门面对海量的信息，怎么能够应付过来？由于缺少及时检查督促，工程人员往往由于惰性，而最后放弃变化。另外，工作业绩统计也是需要IT手段，如果能自动生成各种报表，减轻大家的负担，流程就更容易贯彻下去。现在比较流行的就是PDM，ERP。
另一个重要原因就是制度缺乏刚性，害怕工程人员反对，好象工程人员不高兴，制度就是错的。因此，往往制度就是在看脸色中变形而流产的。本文开头提到的公司刚开始实施DFMEA过程中，也有很多工程师不适应，从研发走了很多人，去技术支持的，去销售的，这些人在新岗位上都发挥了很大作用。留下来的，后来补充进来的，都严格按规定操作，结果，实施不到几年，PCB升级次数由5.8降到3.2；产品的返修率从6%降到0.5%。以至后来该公司一线研发人员招聘条件都比以前低，薪水也降了很多。理由是严格按流程做，不需要多么高的知识水平就同样能保证高质量的水准。这个有点像印度的软件工程师，由于印度的软件质量保证工程（CMM）做得非常好，以至家庭妇女都能写上一段标准的代码，完成一个特定的功能。
现在，很多公司在遇到困难时，首先想到的是降低成本、降薪、裁人，但没有想到裁人后怎么办？如果立即行动，建立系统的制度，辅以IT手段，加强内功，以图东山再起，无疑是坏事变好事。可往往是排挤了异己，引进了知己。这样的企业，时常处在一种动荡当中，3个月一小变，6个月一大变，员工茫茫然，领导也是茫茫然。本文开头提到的公司给我们做了一个榜样，98年在公司面临严重危机的关键时刻，下属一家公司以7.5亿美元出售。从上到下，从左到右，各自请业内最好的顾问，强力实施学习和变革，前后总共花掉10亿咨询费。现在，该公司已经成功度过冬天，并迎来果实累累的季节。
作者单位 TTE全球研发中心