胡劍書(shū)，劉 銳，唐萬(wàn)軍

(1.空軍駐重慶氣壓機(jī)械廠軍事代表室，重慶 400060;

2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十四研究所，重慶 400060)

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，電子系統(tǒng)向高性能、高可靠和小型化發(fā)展方向快速發(fā)展，電子系統(tǒng)性能總體提升過(guò)程中，受國(guó)內(nèi)電子元器件行業(yè)整體制造水平的限制，曾大比例地選用了從國(guó)外進(jìn)口的集成電路，其中以高性能專用電路、大規(guī)模集成電路和混合集成電路為主，通常是性能遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路和電源模塊。

為了控制風(fēng)險(xiǎn)，避免受制于人，同時(shí)促進(jìn)國(guó)內(nèi)集成電路制造水平的快速提升，掌握核心設(shè)計(jì)技術(shù)和制造技術(shù)，國(guó)家提出了國(guó)產(chǎn)化率的控制要求，并對(duì)某些領(lǐng)域的重要設(shè)備、系統(tǒng)，特別是軍用武器系統(tǒng)，明確規(guī)定了國(guó)產(chǎn)化率指標(biāo)。為了滿足以選用國(guó)產(chǎn)電路為基礎(chǔ)的總體設(shè)計(jì)需求，國(guó)家組織不定期定向發(fā)布工程需求背景明確的國(guó)產(chǎn)化元器件需求清單，并從政策和經(jīng)費(fèi)上大力支持國(guó)內(nèi)集成電路制造單位開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目研制。國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目既屬于新品研制，但相對(duì)一般的新品研制又有其特點(diǎn)，通常不但要求在性能上能代替國(guó)外對(duì)應(yīng)型號(hào)，還要求質(zhì)量可靠性滿足具體型號(hào)工程的總體要求。

可靠性作為產(chǎn)品質(zhì)量特性的一個(gè)重要屬性，與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及使用過(guò)程密切相關(guān)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，影響可靠性的因素中40%與設(shè)計(jì)有關(guān)、30%與元件及材料有關(guān)，因此，加強(qiáng)研發(fā)過(guò)程的可靠性管理對(duì)于提高產(chǎn)品的固有可靠性顯得極為重要。

本文將根據(jù)一般新產(chǎn)品研發(fā)的立項(xiàng)論證、方案設(shè)計(jì)、樣品研制和設(shè)計(jì)定型4個(gè)階段，結(jié)合國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目的自身特點(diǎn)，介紹各階段的可靠性工作主要內(nèi)容和管理控制要點(diǎn)。

1 立項(xiàng)階段

確定可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)是項(xiàng)目立項(xiàng)階段的重要工作。為了保證可靠性指標(biāo)確定的合理性，一般應(yīng)從以下幾方面的開(kāi)展工作。

1.1 信息收集

組織設(shè)計(jì)單位開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目市場(chǎng)和技術(shù)調(diào)研工作，收集與國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品可靠性相關(guān)的信息，通常應(yīng)包括:

1)國(guó)外對(duì)應(yīng)型號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)，可靠性指標(biāo);

2)對(duì)應(yīng)型號(hào)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用存在的主要失效模式或失效機(jī)理;

3)國(guó)外產(chǎn)品采用的設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝技術(shù)與研制單位技術(shù)能力差異性，是否屬于新技術(shù)、新工藝;

4)產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)的應(yīng)力狀況(環(huán)境條件和應(yīng)力條件);

5)其他制約研制的條件(如研制周期要求，成本控制要求等)。

1.2 用戶需求分析

通過(guò)研制任務(wù)書(shū)、合同以及調(diào)研等方式，詳細(xì)了解用戶對(duì)國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品性能、特征及可靠性的要求和期望，包括國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品與國(guó)外對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的替換方式(如完全pin-pin互換、性能互換或功能替代)、用戶以往使用國(guó)外對(duì)應(yīng)型號(hào)產(chǎn)品存在的問(wèn)題等，并對(duì)用戶的要求進(jìn)行總結(jié)與量化轉(zhuǎn)換，確定產(chǎn)品的具體可靠性要求，用產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)、工作溫度范圍、產(chǎn)品的使用環(huán)境(如低氣壓、電磁、輻照等)、ESD等級(jí)、使用壽命、貯存壽命、任務(wù)可靠度等參數(shù)表征。

另外，要特別關(guān)注用戶對(duì)環(huán)境適應(yīng)性的要求以及用戶明示必須避免的失效模式。

1.3 指標(biāo)確定

在前述信息收集和用戶需求分析的基礎(chǔ)上，可確定國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，可靠性指標(biāo)一般可按以下4個(gè)方面進(jìn)行分類:

1)產(chǎn)品參數(shù)穩(wěn)定性指標(biāo)

即時(shí)間、溫度等因素對(duì)主要性能參數(shù)的影響特性，如時(shí)漂、溫漂等，通常用Δ參數(shù)、溫度系數(shù)表示，通常該項(xiàng)指標(biāo)會(huì)與國(guó)外對(duì)應(yīng)型號(hào)保持一致。

2)產(chǎn)品所能適應(yīng)的環(huán)境應(yīng)力

產(chǎn)品所能適應(yīng)的環(huán)境通常指工作溫度范圍、機(jī)械應(yīng)力、氣候應(yīng)力和電磁(輻射)環(huán)境等，通常情況下用戶會(huì)給出明示的環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目及條件;對(duì)于用戶未量化環(huán)境應(yīng)力的情況，可以先查閱環(huán)境劃分及環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，再與用戶協(xié)商確定。

對(duì)于通用型國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品，其應(yīng)用可能覆蓋地面、航空、艦船等多領(lǐng)域，確定產(chǎn)品的環(huán)境適用能力時(shí)應(yīng)進(jìn)行綜合考慮。

3)失效率、平均壽命或質(zhì)量等級(jí)

根據(jù)產(chǎn)品自身特性差異，可以采用失效率、壽命或質(zhì)量等級(jí)中的一項(xiàng)或多項(xiàng)來(lái)表征產(chǎn)品的主要可靠性特性，可由用戶通常直接給出量化要求，用戶未要求的應(yīng)參照國(guó)外對(duì)應(yīng)型號(hào)產(chǎn)品可靠性指標(biāo)確定。在立項(xiàng)階段確定該類指標(biāo)時(shí)，應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品專業(yè)總規(guī)范、行業(yè)現(xiàn)狀及研制單位現(xiàn)有能力，充分論證滿足用戶要求的可行性。

4)必須消除或控制的失效模式或機(jī)理

充分統(tǒng)計(jì)和分析解國(guó)外對(duì)應(yīng)型號(hào)產(chǎn)品在以往整機(jī)系統(tǒng)中使用時(shí)出現(xiàn)過(guò)的失效模式、失效機(jī)理，是國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目可靠性工程中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是制定國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品可靠性技術(shù)評(píng)估方案的重要依據(jù)。應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注國(guó)外對(duì)應(yīng)型號(hào)產(chǎn)品的主要失效模式，并結(jié)合用戶的實(shí)際使用，確定哪些是國(guó)產(chǎn)化過(guò)程中必須消除或控制的失效模式。

1.4 管理重點(diǎn)

本階段可靠性管理的重點(diǎn)是保證指標(biāo)確定的合理性、完整性，在確定指標(biāo)時(shí)要充分考慮約束條件(如國(guó)外對(duì)應(yīng)產(chǎn)品可靠性水平、研制單位技術(shù)能力、研制經(jīng)費(fèi)和周期限制等)的影響以及與性能指標(biāo)的協(xié)調(diào)性;避免可靠性指標(biāo)要求過(guò)低、過(guò)高或不明確;要注意指標(biāo)的量化和檢測(cè)方式并與用戶溝通達(dá)成一致。

2 方案設(shè)計(jì)階段

方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)國(guó)外對(duì)應(yīng)產(chǎn)品技術(shù)信息，國(guó)內(nèi)歷史使用狀況，用戶期望的替換方式和可靠性要求，結(jié)合研制單位技術(shù)能力，開(kāi)展技術(shù)方案設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)工作。而本階段可靠性工作的重點(diǎn)是技術(shù)方案設(shè)計(jì)和評(píng)審。

2.1 可靠性方案設(shè)計(jì)

可靠性方案設(shè)計(jì)包括了2個(gè)方面的內(nèi)容，一是可靠性方案設(shè)計(jì)，二是可靠性驗(yàn)證設(shè)計(jì)。

1)可靠性方案設(shè)計(jì)

可靠性設(shè)計(jì)是為滿足可靠性指標(biāo)而開(kāi)展的工作，它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要組成部分。

可靠性作為產(chǎn)品的一項(xiàng)基本特性，其設(shè)計(jì)必須貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)方面和全過(guò)程，在滿足基本功能的同時(shí)，全面地考慮影響可靠性的各種因素，可靠性方案設(shè)計(jì)最終在產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案中體現(xiàn)。

對(duì)于立項(xiàng)階段已確定的可靠性指標(biāo)應(yīng)在方案設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行分解、分配，讓每一個(gè)可靠性指標(biāo)均在設(shè)計(jì)方案中得到落實(shí)、體現(xiàn)。為了最大限度地消除或控制產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)的可能失效模式，應(yīng)針對(duì)失效機(jī)理針對(duì)性地開(kāi)展設(shè)計(jì);應(yīng)在充分分析、總結(jié)國(guó)外產(chǎn)品技術(shù)途徑的情況下，結(jié)合研制單位的技術(shù)能力，制定自己的設(shè)計(jì)方案，鼓勵(lì)設(shè)計(jì)人員采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)原理、可靠性技術(shù)及成熟的新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝;在滿足預(yù)定功能、性能和可靠性的情況下，盡可能簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，避免復(fù)雜結(jié)構(gòu)帶來(lái)的可靠性問(wèn)題。

2)可靠性驗(yàn)證設(shè)計(jì)

開(kāi)展可靠性驗(yàn)證的目的是驗(yàn)證產(chǎn)品是否已獲得預(yù)定的可靠性而開(kāi)展的工作，可用來(lái)證明產(chǎn)品與設(shè)計(jì)要求的符合性，也可用來(lái)尋找設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)?？煽啃则?yàn)證方案的確定與可靠性指標(biāo)、設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)方法有關(guān)，其輸出應(yīng)是一組或多組針對(duì)產(chǎn)品的試驗(yàn)方案，如機(jī)械應(yīng)力試驗(yàn)、氣候應(yīng)力試驗(yàn)、電磁環(huán)境試驗(yàn)及其組合。

2.2 可靠性方案評(píng)審

可靠性方案評(píng)審可以與方案評(píng)審?fù)瑫r(shí)進(jìn)行，也可以進(jìn)行專題評(píng)審，主要是評(píng)審設(shè)計(jì)方案的合理性、理論上滿足設(shè)計(jì)輸入的程度和驗(yàn)證方案的有效性。原則上只有所有設(shè)計(jì)輸入要求均能得到滿足的方案才是一個(gè)合格的方案，但實(shí)際上受進(jìn)度、經(jīng)費(fèi)等約束條件限制，通常都存在少量的不確定指標(biāo)成為方案評(píng)審遺留項(xiàng)，評(píng)審時(shí)應(yīng)重點(diǎn)評(píng)審遺留項(xiàng)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)遺留項(xiàng)必須要有具體的實(shí)施方案(包括專項(xiàng)試驗(yàn)方案)、后續(xù)進(jìn)度安排和出現(xiàn)預(yù)期外結(jié)果時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。

2.3 管理重點(diǎn)

方案設(shè)計(jì)階段可靠性管理主要內(nèi)容為檢查GJB450中規(guī)定的300系列可靠性工作項(xiàng)目執(zhí)行情況，包括可靠性指標(biāo)分配/分解、可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用、可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(包括元器件選用指南)的制定與執(zhí)行、可靠性分析等內(nèi)容。

為提高管理有效性和效率，可制定可靠性工作及可靠性設(shè)計(jì)情況檢查表，逐項(xiàng)檢查工作執(zhí)行情況及相應(yīng)技術(shù)要點(diǎn)，避免工作遺漏和技術(shù)疏忽，同時(shí)檢查表中可有效體現(xiàn)同類產(chǎn)品成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)。

3 樣品研制

樣品研制階段的主要工作是對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行物理實(shí)現(xiàn)，并驗(yàn)證樣品的實(shí)際性能是否滿足設(shè)計(jì)輸入的要求，是否滿足用戶使用要求。本階段的可靠性工作主要包括樣品研制試驗(yàn)與分析、用戶試用和改進(jìn)。

3.1 樣品研制試驗(yàn)與分析

按已通過(guò)評(píng)審的設(shè)計(jì)方案研制樣品，對(duì)樣品進(jìn)行功能、電性能和可靠性驗(yàn)證，可靠性驗(yàn)證應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行方案設(shè)計(jì)評(píng)審時(shí)確定的驗(yàn)證技術(shù)方案。原則上可靠性驗(yàn)證應(yīng)在功能、性能已滿足設(shè)計(jì)輸入要求的樣品上進(jìn)行，當(dāng)可靠性驗(yàn)證結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)輸入要求(可靠性指標(biāo))時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的技術(shù)分析或進(jìn)一步的驗(yàn)證，找到可靠性薄弱環(huán)節(jié)或影響可靠性的主要因素，并根據(jù)分析結(jié)果修正原來(lái)的設(shè)計(jì)方案(必要時(shí)，修正后的設(shè)計(jì)方案應(yīng)重新評(píng)審)。

按修正后的設(shè)計(jì)方案重新研制樣品，重新進(jìn)行功能、電性能和可靠性驗(yàn)證，直到全面滿足設(shè)計(jì)輸入要求。

為降低用戶要求轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)將自我評(píng)價(jià)已滿足設(shè)計(jì)輸入要求的樣品送用戶試用，在工程樣機(jī)上驗(yàn)證電特性和可靠性滿足實(shí)際使用情況，并評(píng)價(jià)與國(guó)外產(chǎn)品的互換性。

3.2 方案改進(jìn)

如果試用不滿足要求或用戶提出新的要求(經(jīng)評(píng)審后可以接收的)，應(yīng)根據(jù)用戶意見(jiàn)修改設(shè)計(jì)方案(包括驗(yàn)證方案)，重新研制樣品，重新驗(yàn)證，重新送樣試用，遵循“方案設(shè)計(jì)—樣品研制—驗(yàn)證(試用)—分析—改進(jìn)—重新設(shè)計(jì)”的循環(huán)，直到滿足要求。

3.3 管理重點(diǎn)

樣品研制階段可靠性管理的重點(diǎn)是研制試驗(yàn)管理和應(yīng)用工程驗(yàn)證跟蹤。可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行方案評(píng)審時(shí)確定的驗(yàn)證方案，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，特別關(guān)注用戶工程驗(yàn)證方案是否能同時(shí)驗(yàn)證樣品電性能與國(guó)外產(chǎn)品的可替換性和可靠性滿足工程要求。當(dāng)用戶工程驗(yàn)證方案不完善時(shí)，應(yīng)進(jìn)行必要的補(bǔ)充驗(yàn)證試驗(yàn)或風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

4 設(shè)計(jì)定型階段

產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型階段的可靠性工作項(xiàng)目主要是可靠性鑒定試驗(yàn)，可靠性鑒定試驗(yàn)一般要求在第三方進(jìn)行，通常情況下應(yīng)按GJB899《可靠性鑒定與驗(yàn)收試驗(yàn)》或其他有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求和方法進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)。研制方應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求及產(chǎn)品的特點(diǎn)、壽命剖面和任務(wù)界面，制定可靠性鑒定試驗(yàn)方案(包括試驗(yàn)機(jī)理、試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、試?yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)判據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等)，通過(guò)評(píng)審并獲得用戶方認(rèn)可。

本階段的可靠性管理重點(diǎn)是組織制定合理的可靠性鑒定試驗(yàn)方案并獲得各方認(rèn)可。

5 結(jié)束語(yǔ)

按新產(chǎn)品研發(fā)的立項(xiàng)論證、方案設(shè)計(jì)、樣品研制和設(shè)計(jì)定型4個(gè)主要階段，結(jié)合國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目的自身特點(diǎn)，依次分析了各階段的可靠性工作流程、主要內(nèi)容及管理控制重點(diǎn)，有利于設(shè)計(jì)人員正確開(kāi)展可靠性工作，有利于可靠性管理人員有效控制可靠性工作質(zhì)量。

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(責(zé)任編輯楊繼森)