DFMEA在通讯产品设计中的应用

摘要:文章分析了在通讯产品设计中实施设计失效模式和后果分析(DFMEA)的困难。提出了DFMEA实施与IPD流程的结合方法。分析了DFMEA的内部逻辑关系,改进了DFMEA的实施方法,使之更适合通讯产品设计。

关键词:失效模式;失效模型库;结构框图;风险顺序数;通讯产品设计;DFMEA

中图分类号:TN306文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)22-0078-03

1DFMEA简介

1.1DFMEA简介

FMEA是potential Failure Modeand Effects Analysis的缩写,意指失效模式和后果分析。它是一种识别设计风险,降低风险的分析方法。该方法于1949年由美国军方创建,并将其用于国防工业。后来在航空航天、汽车工业中得到广泛运用。1993年,美国汽车工业行动集团首次发行了FMEA标准,并于2008年第四版。

FMEA主要分为DFMEA和PFMEA。DFMEA指设计失效模式和后果分析,关注的是产品设计产生的潜在失效。PFMEA指过程失效模式和后果分析,关注的是产品制造过程中产生的潜在失效。

本文将重点讨论通讯产品设计过程,如何通过DFMEA来提高产品质量。

1.2DFMEA的作用

DFMEA由负责产品设计的设计工程师在设计开发阶段完成。同时它也是一种有效的法律记录,记录了我们降低顾客潜在风险,保护顾客投资所做的努力。

DFMEA的实施,可以有效的提高产品质量,缩短产品开发周期,降低开发维护成本,提高顾客满意度。同时,DFMEA也是创新型企业知识管理的方法,为企业如何做好知识积累提供思路。

1.3DFMEA在执行过程中遇到的主要问题

FMEA目前在汽车制造行业运用最为广泛。因此大部分介绍FMEA或者DFMEA的专著都是以汽车行业为背景。这就为希望把DFMEA分析方法引入通讯产品设计的工程师带来了不小的麻烦。

DFMEA在执行过程中,很容易产生下面两个问题:

第一是把DFMEA做“虚”。DFMEA最重要的作用就是失效预防。很多企业甚至把分析工作放到了开发基本结束后,如何可能实际效果?DFMEA如果没有和现行的开发流程、制造流程紧密结合。最终都将变成纸上谈兵。

第二,设计工程师没有正确理解DFMEA的内在逻辑关系,盲目照搬DFMEA标准的表格,依靠个人经验,无序的堆彻想象出来的失效模型。这样得出的结果,自然无法实现失效预防。

针对这两类问题,笔者对DFMEA的方法做了一些改进,加入了自己的实践理解和操作经验,使之更为适合通讯产品设计的运用。该方法在某高新技术企业的交换机产品开发上进行了实施,收到了较好的效果。

2DFMEA流程

2.1DFMEA实施流程

DFMEA的实施一般可分为:DFMEA策划,表头填写,团队组建,失效调研,结构分析,功能分析,风险评估,风险量化,优化措施等,共计9个步骤。

上述9个步骤和产品的开发密切相关,是本文讨论的重点,但并不是DFMEA的全部。DFMEA是一个动态文件,在整个产品的生命周期都有效,它应该随着产品在市场的表现,不断的被更新,直到产品退市。这种意识是DFMEA得以成功实施的很关键的一点。

2.2DFMEA与IPD开发流程的关系

IPD(Integrated Product Development)是一种先进的产品研发流程,在通讯行业运用较广。在IPD流程中,产品研发一般包括以下六个阶段:概念阶段、计划阶段、开发阶段、验证阶段、阶段、品类阶段。其中概念阶段到验证阶段,一般认为是产品研发的关键阶段。也是我们DFMEA实施的主要阶段。

DFMEA的实施与IPD流程有以下几个关键的契合点:

2.2.1DFMEA策划在产品计划阶段结束前完成DFMEA策划的启动,一般要求在产品设计方案定型以后开始,一般建议该活动放在产品计划阶段内完成。该阶段是我们制定各种产品开发计划的关键阶段。这也包括DFMEA的实施计划。

2.2.2DFMEA的启动一般在计划阶段结束后计划阶段结束,产品马上进入开发阶段阶段。该阶段是产品设计实现的阶段,也是DFMEA实施的主要时段。

2.2.3DFMEA的优化措施必须在样机之前完成要保证让DFMEA分析的结论,能成功的导入设计。那就必须做到在设计冻结之前,完成第一次DFMEA分析。这样才能使我们的DFMEA不流于表面。

2.2.4DFMEA的更新必须在产品正式之前,至少完成一次在产品的验证阶段,我们要做大量的调试、测试工作,很可能会发现一些设计问题。这些问题需要更新到我们上个阶段的DFMEA分析报告。

2.2.5DFMEA需要在整个产品生命周期被持续更新

企业是否具备这种观念可以说是DFMEA在这个企业是否被成功实施的重要特征之一。只有坚持持续更新我们的DFMEA分析报告,才能做到知识的不断累积,进而用来提高下一个产品设计的质量。

有了上面5个关键契合点的保证,至少在流程上保证了DFMEA的成功实施。但是,要使DFMEA能真正为我们的设计保驾护航,还需要我们深入的了解DFMEA各步骤的内在逻辑关系。

3实施DFMEA

3.1DFMEA实施准备

3.1.1建立失效模型库失效模型库是一个创新型企业最重要的知识组成之一。它通常由产品故障数据库、售后维修记录、客户投诉等几个至关重要的数据库共同组成。这些内容基本上都是在市场上付出了高昂代价后,取得的知识积累。因此称得上是企业最核心的知识产权。这部分数据如何利用起来,指导新设计预防失效的发生,是失效模型库的最重要的价值体现。

(1)我们要确保失效模型库的数据能被方便检索,且不易被遗漏。失效模型的记录要尽可能的详实,这有助于使用者理解。失效模型至少应包括以下内容:功能模块、潜在失效模式、潜在失效后果、潜在失效原因、现行控制措施。为了便于检索,建议对于每一条失效记录都定义几个关键词。比如主芯片的型号,主电路的功能等。

(2)如何保证市场故障、售后维修或者客户投诉的内容能被整理,并放入失效模型库。企业应该建立这样的机制,鼓励相关人员为失效模型库作出贡献。只有充分动员全体人员的力量,才能使失效模式库不断得到更新和补充。

(3)需要考虑如何保护失效模型库。失效模型库是企业核心竞争力的体现,因此如何做好数据安全显得格外重要。主要包括防止数据库丢失和数据泄密两方面的工作。防止数据库丢失只需要做好备份工作即可,有很多方法可以采用。数据库保密工作可以通过权限控制来实现。

建立了一个有内容,易检索的失效模型库,为我们成功实施DFMEA打下了基础。至少它可以保证曾经出过的失效,我们不再犯。

3.1.2确定DFMEA的范围对于较复杂的通讯产品设计,要先做好模块分解。通讯产品的设计按照其采用的技术成熟与否,可以分为三个等级。第一级是完成采用新技术的设计。第二级是有类似技术可供参照的设计。第三级是完全相同的技术。

根据模块的技术成熟度,采取不同的DFMEA分析策略。技术成熟度高的,可以少做甚至不做分析;对于成熟度低的新设计,必须作为DFMEA分析的重点;而中间的第二级设计,笔者建议把精力放在设计变更部分。总的原则就是,把更多的精力向高风险的设计倾斜,这样才能使我们获得较好的投入产出比。

3.1.3产品模块分解通讯产品按照各组成电路/模块实现的功能,一般都可以拆解成“系统――子系统――部件”这样的金字塔结构。当然,系统复杂的产品将对应更多的层次。层次拆分过多或过少,都不利于我们理清各模块之间的关系。建议根据参与设计的角色或者职责分工来拆解整个系统。一个总的原则是,每个设计工程师负责自己那部分工作的DFMEA分析,总体规划工程师负责总成。

完成模块分解,是为了便于我们确定负责人,确定DFMEA团队的核心人员。企业针对自己的产品特点,应做一个较为全面的分解,这个分解出来的结构将变成模板,用于指导具体项目的模块分解。

3.2DFMEA策划

有了前面的准备,项目组可以在企划阶段(或者方案确定以后)策划DFMEA的实施计划。主要包括产品模块分解,指定DFMEA策略,指定模块负责人,确定完成时间等。

3.3DFMEA团队组建

DFMEA团队是基于利益相关方原则来建立的。至少会包括设计工程师,工艺制造工程师,测试验收工程师,质量工程师等。为了能发挥团队的力量,要监控所有成员对DFMEA的贡献度,否则容易流于形式。

3.4产品结构分析

很多设计人员在做DFMEA分析的时候,存在一定的盲目性,想到哪写到哪。根本无法保证产品的所有细节都被考虑到。做产品结构分析的作用就在于此,系统的、全面地分析产品的构成,确保各组成部分都能被分析到。

3.5产品功能分析

产品功能是产品的价值所在。对于通讯产品设计,笔者建议从需求分析入手,对产品功能进行全面的分析。开发的概念阶段一般都会产生一个叫产品需求的文档。它是产品经理充分了解客户需求后,得出的一个产品开发要求。只要我们牢牢把握了这个文档,并据此深入分析详细的功能。我们就可以基本做到不遗漏功能。

产品功能分析和产品结构分析一道,共同保证了我们对产品的全面分解。这些内容就构成了DFMEA标准表格的第一列“项目/功能”。

3.6风险评估

DFMEA风险评估的思想,是把潜在失效发生的严重性,发生的概率,发生后被检测到的可能性,这三个指标加权作为衡量一个失效风险的高低。

严重度、频度、探测度的评估具有一定的主观因素存在,不同的人对同一个问题往往会有不同的判断。我们不用去细抠具体的分值是多少,而应该把精力放在对前文表一到表三第二列内容的判断上。比如一个失效,我们判断它探测度的时候,只要确认它在那个阶段能被发现?如果在设计阶段被发现,那么就是3~5分,如果要到样机阶段才可能被发现,那么就是6~8分。

3.7量化评估

严重度、频度、探测度的分值加权,可以帮助我们判断失效风险的顺序,用RPN来表示。如何使用这三个参数,不同的企业有不同的方法。大部分企业采用三者相乘,以所得值的高低作为处理的优先顺序。对于通讯产品设计,笔者建议首先应考虑严重度。严重度超过8的失效可能导致企业付出惨重代价,比如违反法规导致的召回,对客户安全产生了问题而导致的诉讼等。因此,严重度超过8的失效应予以首要考虑。其次,再考虑以三者的乘积作为判断的依据。

无论采用哪种方法,RPN值所代表的含义都仅是一个处理的先后顺序。当只存在一个失效模式时,这个值无论多高都没有任何意义。笔者也不建议企业对RPN设定阀值,比如有些企业定义“RPN低于100的失效,可以不需要采取措施”,这样的设定容易产生惰性。

3.8优化措施

有了RPN值,我们就可以判断出哪些失效需要优先考虑优化措施。优化措施是针对降低频度和探测度而言的。一个失效的严重度一般不能被降低,除非是采取的措施是更换了关键模块/部件,或者是去除了某些功能。

优化措施需要明确负责人,完成时间等。只有把分析的结论导入了设计,我们的DFMEA才算落到了实处。

4结论

本文详细分析了DFMEA如何与IPD开发流程结合,为通讯产品开发企业导入DFMEA提供思路。

本文结合通讯产品设计的特点,详细论述了DFMEA的内部逻辑关系,并根据这个关系,详细讲解了DFMEA执行的步骤和方法,使企业能够成功运用DFMEA这个分析方法实现产品的失效预防。

本文还提供了一种企业知识管理的方法。

参考文献

[1] AIAG.Potential Failure Mode and Effects Analysis Reference Manual(Fourth Edition)[M].

作者简介:刘浩(1977-),男,福建长汀人,星网锐捷网络有限公司工程师,研究方向:通讯产品设计。