产品研发的性能设计与可靠性设计现状分析

吴英杰 雷宏云

（陕西凌云电器集团有限公司，陕西 宝鸡 721000）

0 概述

产品研发过程中，一方面要进行功能和性能(固有能力)设计（以下统称为性能设计）以满足产品的专用特性要求，另一方面要进行“五性”（可靠性、维修性、测试性、安全性与保障性，以下统称为可靠性）设计以满足产品的通用特性要求。两个设计同时达到了，才是一个真正合格的产品，这就要求研发人员必须既能掌握性能设计，又能掌握可靠性设计，成为双面手。

可靠性是指产品在规定条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性设计的目的是挖掘与确定产品潜在的隐患和薄弱环节，并通过设计预防与改进，有效地消除隐患和薄弱环节，从而提高产品的可靠性水平，满足产品可靠性要求。随着电子产品的发展，对产品研发不仅性能要求严格，而且可靠性指标（平均故障间隔时间）要求越来越高，已经从原来的几百小时到现在的几千小时甚至上万小时，因此，可靠性设计对产品可靠性具有重要影响。

1 现状分析

以往产品的设计过程就是根据产品的功能和性能及其它要求，收集资料、调研、讨论，软、硬件功能的需求分析及分配，按照信号流程图，设计出总体电路功能框图，再参考典型产品，经典电路、新技术电路等、使用硬件功能模块、软件功能模块及接口缓冲电路等将各部分有机的结合起来，经过关键课题试验、原理性试验，形成电路方案，做出符合功能、性能要求的产品，并通过试验，发现薄弱环节，改进完善，交出合格产品。但以上过程没有主动将可靠性设计要求落实到产品研制的全过程中去，或者整个过程忽略了可靠性设计这一重要的环节。还有一种说法是“新产品的设计与开发，首先是解决‘有、无’问题，可靠性以后再补上。”正因为这样，在传统的设计与开发过程中，把产品的性能样机开发出来后，再把可靠性设计加到产品中去，这是很错误的理念，会出现所谓的“两张皮”现象。

传统的设计思想是不考虑市场的牵制和用户的需求，只重视产品的性能设计，忽略其可靠性设计，没有重视可靠性设计在产品研发中的作用，设计目标仅满足验收标准而已，导致产品研发初期投入、更改少，后期投入、更改大，质量波动大，被动等待解决故障问题，很难满足用户要求和市场需求，甚至研发出了合格的“废品”，最终导致局部或全剧的重新设计，代价更大。

那么究竟可靠性设计在产品研发中有什么样的作用呢？一是可靠性是产品固有特性之一，可靠性设计保证了产品的固有可靠性。一旦完成设计，产品的可靠性就已经确定。如果在设计阶段忽略了可靠性设计，比如元器件、原材料选用不当，设计裕度考虑不足，没有进行可靠性预计和分析，没有进行故障模式及影响分析（FMEA）等，就难以提高产品的可靠性；二是可靠性设计是市场竞争的需要，现代科学迅速发展，同类产品竞争激烈，淘汰速度快，因而要求产品的可靠性要高的同时，研制周期还要短，如果忽略了可靠性要求，等到产品完成设计后，发现了缺陷和薄弱环节，再进行技术改进，势必推迟产品投放市场时间，降低竞争力；三是如果可靠性设计与产品研发同步进行，那么耗资最少，效果最显著。有一项统计数据，使用和保障费用耗资与研发过程中进行可靠性与维修性所耗资比例为30：1。

由此可见，可靠性与产品的性能一样，是从产品设计与开发一开始就要设计到产品中去的，如果单从性能考虑，即使开发出了符合性能要求的产品，但可靠性不见得那么容易加进去，出现“两张皮”现象，结果造成产品的薄弱环节和设计隐患没有及时被发现，导致产品部分性能和可靠性指标不能满足要求，在使用过程中产品故障多，技术人员疲于应付解决各类技术质量问题，生产和服务保障的成本也随即大大提高，用户评价低，抱怨多，给企业带来声誉和经济上的损失。

2 解决措施

在有限的资源（费用、周期等）约束下，如何完成产品的性能设计和可靠性设计，实现产品的专用特性和通用特性的优化平衡，应从以下几个方面做起：

第一，转变设计思想。产品设计应考虑市场牵引和用户需求，将性能设计和可靠性设计综合权衡，以在研发初期多投入、多更改，后期少投入、少更改为指导思想，以满足用户需求和质量稳定为目标，及早寻找故障，预防故障发生，创造低成本、高质量、适销对路的产品。

第二，性能设计和可靠性设计同步进行。产品正常的研制过程应该是根据产品的性能及可靠性要求，设计出功能原理框图，同时依据可靠性的定性、定量要求及专项设计要求、新技术应用等，将可靠性作为固有属性同步设计到产品中去。通过可靠性预计、仿真、分析等手段找出产品的薄弱环节并及时改正，如可靠性预计能发现的缺陷和方案选择，故障模式及影响分析出了产品所有可能产生的故障模式以及引起每个故障模式的原因和影响，并针对原因采取相应改进措施等等，再通过各种试验验证，如环境试验、可靠性试验等以考核产品的指标是否能满足要求，对试验中发现的问题及时给与分析解决，形成真正合格的产品；

第三，进行产品的性能设计和可靠性设计时，应综合考虑以下几点：（1）研发风险问题。产品的集成化程度越来越高，带来了产品可靠性下降风险，使研发风险增加，须采取相应的避险措施；（2）环境差异问题。产品的使用从陆地到海洋至太空，使用环境越来越严酷，对产品的可靠性的实现提出了挑战，如平均故障间隔时间加长，维修时间缩短，保障设施齐全等；（3）安全问题。产品的可靠性直接影响使用者的生命安全，使安全性设计受到关注；（4）市场竞争因素。“性能优良、功能齐全”并不是用户选择的唯一因素，产品是否可靠、是否便于维修、保养和维修费用是否经济实惠等通用特性对用户的选择是很重要的参考因素。

3 结束语

产品研发人员既能掌握性能设计，又能掌握可靠性设计，才能设计出性能、可靠性都满足要求的产品。当然，产品可靠性团队必须跟踪并掌握可靠性先进技术及管理方法，把适用的技术、管理方法、工具传授给研发、生产、技术服务、管理等人员，使他们充分掌握必要的相关的可靠性知识与方法技术，促使性能设计和可靠性设计在研发、生产中有机结合，才能真正提高产品的可靠性。

［1］曾声奎.可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，2013.