可靠性工程——成功之路

    很多公司都曾經(jīng)發(fā)生了或正在發(fā)生著這樣一種情況，市場上，客戶對產(chǎn)品不斷發(fā)生的故障抱怨不斷，對反復(fù)發(fā)生的問題更是暴跳如雷和無可奈何；而營銷人員在旁如坐針氈，走也不是，不走也不是，恨不得找個人狠狠打一頓。他們往往第一個想到的是為什么生產(chǎn)這樣差，這幫人都是干什么的。
    很自然，有問題的產(chǎn)品源源不斷地返回公司，進(jìn)行修理和返工。曾經(jīng)有這樣一家公司，是國內(nèi)著名企業(yè)，98年的時候，市場競爭加劇，但質(zhì)量沒有控制好，產(chǎn)品返修率高達(dá)6%，那一年，也不知為什么，產(chǎn)品問題不斷，幾個產(chǎn)品線都有問題，以至臨時存放的倉庫都放不下。此事上報老板，要求老板增加倉庫，老板到倉庫現(xiàn)場一看，十分觸動，密密麻麻，到處都是，果然再不增加倉庫就沒有地方了。老板正在為日益被對手蠶食的市場而寢食難安，更加被眼前的景象刺激。不改變是沒有出路了。
    老板經(jīng)過多日苦思冥想，決定全面變革，引進(jìn)國際管理咨詢公司，為公司診斷，下猛藥。同時成立多個改進(jìn)小組，分頭實施。事后證明，該老板是十分英明的。
    其中的一個小組，是進(jìn)行失效分析，為什么失效，找到真正原因。
    該小組首先從電路原理進(jìn)行分析，找到失效單元，再確認(rèn)失效元件，用各種物理化學(xué)手段，分析元件，找到失效機(jī)理，研究并驗證該元件的失效機(jī)理，是ESD，MSD，EOS還是其他原因?qū)е碌膿p傷，最后根據(jù)元件規(guī)格和現(xiàn)場條件判定該元件是否被可靠地使用，從而找到真正的原因。經(jīng)過大量的分析后，基本所有的元件都被分析到，自然形成了一個失效案例數(shù)據(jù)庫。這樣，每個設(shè)計工程師在使用一個庫里的元件時，都預(yù)先知道了該元件曾經(jīng)的失效經(jīng)歷，從而能夠在設(shè)計時提前考慮，加以預(yù)防。這就是器件級DFMEA。前后經(jīng)過7年的實踐，該公司取得了巨大成就，產(chǎn)品可靠性達(dá)到世界一流水平，遙遙領(lǐng)先于國內(nèi)對手。國際市場則所向披靡，令對手膽寒。
    現(xiàn)在我們來看看產(chǎn)品可靠性的全過程是什么樣的。我們可以用一個圖來做一個整體描述：

    要設(shè)計生產(chǎn)出可靠的產(chǎn)品，需要從整個流程考慮問題。方案選型是第一步，也是最重要的一步。往往我們都會栽在這一步。產(chǎn)品可靠性的50%是由元件本身的可靠性決定的，30%是設(shè)計過程決定的，20%是制造、運(yùn)輸和使用決定的，當(dāng)選型不慎，使用了不成熟的方案和器件，設(shè)計和生產(chǎn)再努力，也是沒有用。在競爭日益激烈，價格戰(zhàn)不斷的消費(fèi)電器領(lǐng)域，很多公司經(jīng)不住短期的困難，往往冒險使用供應(yīng)商新推出的更低成本方案，短時間內(nèi)，產(chǎn)品很快占領(lǐng)市場，也贏得一些利潤，殊不知，危機(jī)已經(jīng)潛伏下來。常見的現(xiàn)象就是，剛開始轟轟烈烈，皆大歡喜，沒多久，也就2-3個月，大量的產(chǎn)品開始出現(xiàn)這樣那樣的故障，售后部門像無頭蒼蠅，到處滅火，設(shè)計人員被各種求救電話折騰得沒有脾氣，極大地消耗了各方士氣，剛到手的微薄利潤也在無聲無息中悄悄流失。而事情并沒有到此為止，連綿不斷的返修、投訴，導(dǎo)致顧客怨聲載道，罵聲一片，最后連累該公司的所有產(chǎn)品，銷量下滑，利潤下滑，顧客流失，老板心急如焚，但也沒有辦法。
    如果就此能夠吸取教訓(xùn)，從此嚴(yán)肅對待此事，未必不是一件好事，但事實上，“好了傷疤忘了疼”是常見現(xiàn)象。過不了多久，又回到老路上，繼續(xù)重復(fù)著，產(chǎn)品始終在低水平上運(yùn)行，問題不斷重復(fù)，市場越來越小。
    這里有一個數(shù)據(jù)：方案（器件）選型，IBM需要1-2年時間，才能決定是否使用，一旦確定，必簽定嚴(yán)格苛刻的質(zhì)量協(xié)議，如有違反，將遭到最多10倍損失的罰款。本文開頭提到的公司原來是2-4周時間來認(rèn)證，最后經(jīng)過改進(jìn)，3-6個月。選型的重要性已經(jīng)被國際公司證明是嚴(yán)肅和關(guān)鍵的。
    提高產(chǎn)品可靠性接下來就是設(shè)計過程。這個過程就是可靠地使用元件的過程。要想真正可靠設(shè)計，并用好辛辛苦苦選定的元件，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)掌握14門設(shè)計課程：可靠性預(yù)計，F(xiàn)MEA，QFD，EOS防護(hù)設(shè)計，ESD防護(hù)設(shè)計，容差設(shè)計，降額設(shè)計，升額設(shè)計，熱設(shè)計，信號完整性分析，EMC設(shè)計，安全設(shè)計，環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計，壽命與可維護(hù)性設(shè)計。
    其中最重要的幾門課程是：FMEA，QFD，EOS防護(hù)設(shè)計，ESD防護(hù)設(shè)計，容差設(shè)計，降額設(shè)計，信號完整性分析和EMC，安全設(shè)計。這些設(shè)計課程的知識最終要轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品當(dāng)中，沒有這些知識積累，要設(shè)計出可靠的產(chǎn)品基本上是靠反復(fù)測試修改，人海戰(zhàn)術(shù)再加上好運(yùn)氣了。
    當(dāng)然這些課程是要靠積累獲得的，請外部專家是一個捷徑。
    設(shè)計完成后，接下來就是生產(chǎn)制造，影響制造可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是ESD防護(hù)、MSD防護(hù)以及可焊性問題。ESD不僅在生產(chǎn)線上要注意防護(hù)，在倉儲、配送各個環(huán)節(jié)都要注意。MSD是潮濕敏感度的簡稱，一般IC都是特種塑料封裝，由注塑機(jī)一次成型，其優(yōu)點是適合大批量生產(chǎn)，缺點就是氣密性差，容易吸收空氣中水分。吸收水分的IC在回流焊或波峰焊時，表面的高溫會引起水分在極短時間內(nèi)汽化，引起封裝材料應(yīng)力集中而膨脹變形，變形的封裝材料導(dǎo)致IC內(nèi)引線受力，引起脫焊或虛焊，有的即使沒斷，但也變形變細(xì)，以后在正常使用中，也可能會燒斷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品可靠性。為了克服MSD的問題，最好是選用MSD等級高的產(chǎn)品，MSD3級的產(chǎn)品，能夠使得IC暴露在空氣中1周時間而不需要在焊接時進(jìn)行預(yù)處理。而MSD5級的產(chǎn)品，暴露在空氣中則僅僅能放置24h，超過24h，必須進(jìn)行烘烤干燥處理。
    可焊性是另一個影響產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵因素，常見的現(xiàn)象是產(chǎn)品在1年左右的使用后，就出現(xiàn)時而正常，時而不正?，F(xiàn)象，打開機(jī)殼后，并沒有元件燒損，仔細(xì)檢查，往往會發(fā)現(xiàn)是可疑元件管腳虛焊，重新補(bǔ)焊后，一切正常。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，CRT電視此類現(xiàn)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腳可焊性提高，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有的元件引腳十分光亮，有的是暗淡無光，有的是銀色，有的是灰色，有的表面光滑，有的粗糙，有的粗，有的細(xì)，這些不同材質(zhì)，不同大小的元件在一起，焊接的質(zhì)量可想而知了。但這種情況往往得不到應(yīng)有的重視，一旦發(fā)生問題，首先認(rèn)為是生產(chǎn)的問題，其實問題早就發(fā)生了，為什么不要求供應(yīng)商注意呢，但無人關(guān)注。尤其是無鉛焊接實施后，引腳材料和焊接工藝都發(fā)生了變化，可焊性條件需要特別關(guān)注。
    失效分析，這一步就是針對設(shè)計、生產(chǎn)、售后發(fā)生的元件失效進(jìn)行地毯式檢查分析，使用各種儀器設(shè)備進(jìn)行檢查，透過現(xiàn)象，根據(jù)失效機(jī)理，找到失效的真正原因。是設(shè)計造成的、生產(chǎn)造成的，還是元件本身質(zhì)量問題，然后改進(jìn)提高。這個過程需要具有豐富設(shè)計經(jīng)驗的工程師主導(dǎo)。常見現(xiàn)象是，采購人員拿到供應(yīng)商處進(jìn)行分析，但結(jié)論往往都是使用問題，或是敷衍了事，或是不了了之，總之，不是廠家的問題?；蛟S他會悄悄改正，但你不可能得到什么有價值的結(jié)果，更無法向他索賠。所有人員都蒙在鼓里，沒有積累，沒有長進(jìn)。大多數(shù)廠家對失效分析的關(guān)注程度很不夠，都認(rèn)為，只要問題解決了，一切都OK了。其實，這里面的經(jīng)驗教訓(xùn)，很多是用多少錢也換不來的，浪費(fèi)掉，實在可惜。
    以上過程是一個產(chǎn)品可靠性的過程。這個過程是一個閉環(huán)，是一個穩(wěn)定的質(zhì)量改進(jìn)過程。做好了每個環(huán)節(jié)，可靠性必將是有很高的保證。
    如何做好這個閉環(huán)，使得各項工作都有成效呢？這就需要流程保障，IT手段。
    流程保障的目的就是不同的人做相同的事，保證有相同或相近的結(jié)果，即使錯了，也錯得一致。流程保障的重點就是做好各個過程關(guān)鍵點的管理和控制，嚴(yán)格輸入輸出的控制。常見的現(xiàn)象就是說得好好的，寫在紙面上，但一旦實施，就是困難重重，這個理由那個原因，總之，不想改變，結(jié)果往往是剛開始轟轟烈烈，最后卻原地踏步。原因有多種，一個最主要的原因是沒有使用IT技術(shù)，實際操作中，由于需要大量的文檔輸出，光靠個人手工，沒有資源共享，管理部門面對海量的信息，怎么能夠應(yīng)付過來？由于缺少及時檢查督促，工程人員往往由于惰性，而最后放棄變化。另外，工作業(yè)績統(tǒng)計也是需要IT手段，如果能自動生成各種報表，減輕大家的負(fù)擔(dān)，流程就更容易貫徹下去?，F(xiàn)在比較流行的就是PDM，ERP。
    另一個重要原因就是制度缺乏剛性，害怕工程人員反對，好象工程人員不高興，制度就是錯的。因此，往往制度就是在看臉色中變形而流產(chǎn)的。本文開頭提到的公司剛開始實施DFMEA過程中，也有很多工程師不適應(yīng)，從研發(fā)走了很多人，去技術(shù)支持的，去銷售的，這些人在新崗位上都發(fā)揮了很大作用。留下來的，后來補(bǔ)充進(jìn)來的，都嚴(yán)格按規(guī)定操作，結(jié)果，實施不到幾年，PCB升級次數(shù)由5.8降到3.2；產(chǎn)品的返修率從6%降到0.5%。以至后來該公司一線研發(fā)人員招聘條件都比以前低，薪水也降了很多。理由是嚴(yán)格按流程做，不需要多么高的知識水平就同樣能保證高質(zhì)量的水準(zhǔn)。這個有點像印度的軟件工程師，由于印度的軟件質(zhì)量保證工程（CMM）做得非常好，以至家庭婦女都能寫上一段標(biāo)準(zhǔn)的代碼，完成一個特定的功能。
    現(xiàn)在，很多公司在遇到困難時，首先想到的是降低成本、降薪、裁人，但沒有想到裁人后怎么辦？如果立即行動，建立系統(tǒng)的制度，輔以IT手段，加強(qiáng)內(nèi)功，以圖東山再起，無疑是壞事變好事?？赏桥艛D了異己，引進(jìn)了知己。這樣的企業(yè)，時常處在一種動蕩當(dāng)中，3個月一小變，6個月一大變，員工茫茫然，領(lǐng)導(dǎo)也是茫茫然。本文開頭提到的公司給我們做了一個榜樣，98年在公司面臨嚴(yán)重危機(jī)的關(guān)鍵時刻，下屬一家公司以7.5億美元出售。從上到下，從左到右，各自請業(yè)內(nèi)最好的顧問，強(qiáng)力實施學(xué)習(xí)和變革，前后總共花掉10億咨詢費(fèi)。現(xiàn)在，該公司已經(jīng)成功度過冬天，并迎來果實累累的季節(jié)。
                                               作者單位  TTE全球研發(fā)中心