电气产品的可靠性管理在新能源汽车中的应用

段开全

摘要：可靠性管理的总目标是：设计时有可靠性设计目标，制造时保证可靠性的实现，使用时维持可靠性水平。本文从可靠性概论入手，重点讲述设计过程的可靠性管理及制造过程中的可靠性管理，对新能源汽车产品可靠性管理具有指导意义。

关键字：可靠性管理；新能源汽车；可靠性工程

一、可靠性概论

1.1可靠性与有效性

可靠性有狭义可靠性与广义可靠性之分。狭义可靠性仅指产品在其整个寿命期内完成规定功能的能力。通常所说的可靠性就是指的狭义可靠性。广义可靠性通常包含狭义可靠性和维修性两个方面内容，常被称为有效性。

1.2产品的寿命

可靠性中最为重要的是平均寿命。它定义为寿命（无故障工作时间）的平均值。数学公式为：

可维修产品的平均寿命，一般用MTBF表示；对不可修复产品则一般采用MTTF表示。

1.3可靠工程学的发展史

尽管可靠性作为产品的基本属性随产品的存在而存在，但可靠性工程学作为一门独立的学科至今已有三十年的历史。根据可靠工程学的发展历程，大致可分为如下四个阶段：

1.3.1萌芽期（三十到四十年代）

最早的可靠性概念来源于航空。

1.3.2可靠性工程学的兴起和独立期（五十年代）五十年代初，可靠性工程学在美国兴起。

1.3.3全面发展期（六十年代）六十年代是世界经济发展最快的年代。可靠性工程学以美国为先行，带动其他工业国家得到了全面、迅速的发展。主要表现在以下十个方面：

1制、修订了一系列有关可靠性的军标、国标和国际标准，包括可靠性管理、试验、预计、维修等内容；

2成立了可靠性研究中心；

3深入进行可靠性基础理论、工程方法的研究；

4发展了加速寿命试验、快速筛选试验这两种更有效的试验方法；

5发展了可靠性预计和分配技术；

6开拓了旨在研究失效机理的可靠性物理这门新科学；

7发展了失效模式影响及后果分析（FMECA）和失效树（FTA）分析两种有效的系统可靠性分析技术；

8开展了机械可靠性研究；

9发展了维修性、人为可靠性和安全性的要求；

10建立了更有效的数据系统；

1.3.4可靠性工程学的发展（七十年代以来）

我国的可靠性研究是在六十年代中期开始的，主要在电子、航空、航天、核能、通讯等领域得到应用。随着汽车电子的发展，可靠性工程学在汽车领域也得到了长足发展和应用。

1.4可靠性工程学的内容

产品可靠性工程学的内容很广，概述起来就是两个方面的内容，即获得产品的可靠性和确定产品的可靠性。

1.4.1获得产品的可靠性

获得产品的可靠性就是通过产品的寿命循环期，即从构想、审查、研制、生产、使用、维修等一系列活动中的各种获得，并从提高可靠性的各项措施及各种预设标准中获得。

1 可靠性指标的制定；

2元器件数据的收集与分析；

3可靠性分析；得到最优化的可靠性；

4可靠性设计。

1.4.2确定产品的可靠性

确定产品的可靠性就是通过各种途径，如预计、试验、系统分析等来确定产品的失效机理、失效模式以及各种可靠性特征量的数值或范围等。

1可靠性估计与审查；

2样机试制；

3可靠性研制试验（可靠性增长试验）

4试生产；

5生产试验（可靠性鉴定试验）；

6生产可靠性接受试验；

7数据收集和数据分析。

1.5产品的可靠性工作程序

产品的可靠性贯穿于产品的整个寿命期，因而需要从方案论证开始直到产品报废为止，始终有计划的开展可靠性活动。一般分为六个阶段：

1方案论证阶段；

2设计研制阶段；

3评审阶段；

4生产阶段；

5使用阶段；

6报废处理阶段。

二、可靠性管理

可靠性管理的总目标是：设计时有可靠性设计目标，制造时保证可靠性的实现，使用时维持可靠性水平。由于可靠性管理的内容涉及的面很广，它既直接与工程设计部门、生产制造部门、质量管理部门发生联系，也与企业的人事部门、教育部门和采购供应部门有关系。

2.1可靠性组织管理

2.1.1成立企业内的可靠性领导机构

这个领导机构必须以总工程师为首，吸取研究设计部门、工艺技术部门、产品生产车间、质量保证部门、物资供应部门的负责人或骨干组成强有力的组织，日常业务工作可由质量保证部门实施。

这个机构的主要任务是：

①编制企业可靠性规划及年度可靠性计划

②进行可靠性教育（包括可靠性设计、工艺及可靠性管理教育）；

③抓好典型产品的可靠性指标的提高，取得效益；

④建立企业的可靠性保证体系（可以和质量保证体系融合），包括规章制度和组织管理体系；

⑤对全部产品（包括科研产品）实施可靠性管理。

2.1.2可靠性工程师

可靠性工程师主要分为产品设计可靠性管理工程师，产品工艺可靠性管理工程师，元器件可靠性管理工程师，产品可靠性试验工程师。可靠性工程师的数量，在企业中应占全厂技术人员的2-3%。

2.1.3可靠性工程师的职责

①制定企业内的可靠性工作计划；

②领导建立可靠性保证体系，编写可靠性保证文件；

③编写可靠性设计和工艺制造教材，可靠性管理的教材，实施可靠性教育；

④对新产品进行可靠性评审和会签；

⑤对产品可靠性试验和评定方案进行评审和会签；

⑥指导产品的可靠性设计；

⑦对产品工艺制造的可靠性文件进行评审和会签；

⑧对用户反馈的可靠性数据和意见进行分析处理，提出改进建议并组织实施；

⑨对企业内各单位可靠性工作开展情况进行监督考核；

⑩组织有关人员进行产品失效分析。

2.2可靠性工作计划及内容

企业应有可靠性工作规划和计划。该计划应包括以下主要内容：

（1）企业可靠性保证体系的完善；

（2）企业可靠性教育计划的实施；

（3）企业提高主导产品可靠性水平的计划和执行情况；

（4）企业可靠性设计标准文件的编制计划；

（5）为实现可靠性目标值，在设备、技术、生产和原材料的供应等方面采取的措施计划；

（6）指导和协调企业各业务部门之间的可靠性工作原理；

（7）企业可靠性工程评审和考核制度；

（8）为了解产品的使用可靠性而进行现场调研、数据收集以及产品的质量改进计划；

（9）收集国内外同类先进产品的可靠性指标，并与本企业产品作对比，找出差距，制定改进计划。

2.3抓好可靠性技术教育

在企业中，对设计、工艺、管理等人员进行培训时应各有侧重，有的可以与TQC教育相结合，当然，首先应编好相应的教材。进行可靠性教育，经考核合格，发给证书，教育时数不少于60小时。

可靠性标准化文件

（1）元器件、零部件、外购件的质量和可靠性管理方法；

（2）按产品要求制定的元器件及部件的环境应力筛选工艺规范；

（3）企业的元器件优选手册，应注明失效率数据；

（4）规定企业采用新元器件的方法；

（5）编制技术成熟的、能满足可靠性要求的零部件手册，尽可能注明失效率或寿命；

（6）可靠性设计手册；

（7）产品内外包装设计的可靠性规定；

（8）工艺制造的可靠性规范；

（9）产品老化处理规范；

（10）可靠性试验评定的规范；

（11）质量和可靠性信息反馈制度；

（12）产品贮存、包装和运输的可靠性要求规范。

三、设计过程的可靠性管理

按照设计准则的要求，分阶段评审，确保产品的固有可靠性，满足用户使用的功能和可靠性。设计阶段是可靠性管理的基础。产品的可靠性这一内在的质量指标是在产品的设计阶段形成的，因此从产品研制开始就必须强调要考虑其可靠性。可靠性工作开展得越早，成效就越大，经济效益就越好。

新产品的开发需要一套管理流程，里面要有可靠性的实施细则，采用定量评分方法来按阶段地评定产品可靠性设计的优劣和水平，督促和鼓励设计人员采用新技术（如可靠性设计技术、三次设计法、价值工程等），保证设计质量。

3.1设计中的三大主体：

（一）确定可靠性指标

①计划指标；

②国内外相似（对标）产品的指标；

③根据需要和可能，考虑到经济性、体积、重量等约束条件，经综合分析最后确定的优化指标；

（二）建立目标成本

在产品研制阶段就提出目标成本，并采用价值工程。

产品使用环境的现场调查资料，分析影响产品可靠性的环境及主要应力，采取的防护设计和环境适应设计的有效措施的基础上。

（三）方案的可靠性评审

在新产品设计任务中必须提出可靠性与维修性指标；

对新产品进行方案论证时，必须有可靠性与维修性论证报告。

3.2可靠性设计的一般性原则

①实施系列化设计，在原有成熟产品上逐步扩展，构成系列；

②实施统一化设计，凡有可能均应使用零部件、可移动摸板和组件；

③实施标准化设计，尽量采用成熟的标准电路，标准模块及标准零部件；

④实施集成化设计，采用固体组件，使分立元器件减少到最小程度；

⑤不用不成熟的新技术，如必须使用时应对其可行性及可靠性进行充分论证，有充分的试验报告；

⑥在电路设计中尽量选用无源器件，将有源器件减少到最小程度；

⑦在系统设计中的初始阶段就必须考虑和采用最有效的电磁干扰控制技术。

四、制造阶段的可靠性管理

产品通过设计阶段而获得了固有可靠性，如果不采取严格的质量管理措施，没有先进的工艺去保证，会使产品的可靠性退化。

4.1制造阶段可靠性管理

（1）建立和实施上自厂长、下至每一个职工的质量责任制，有严密的质量保证体系；

（2）质量保证体系完备，各项质量原始记录齐全，能保证可靠性目标的实现和可靠性增长；

（3）对主要的外购、外协件供应的厂家，必须进行质量评审，制订管理办法和订货合同应有可靠性指标以及检验的抽样方案；

（4）对入厂的元器件或部件、原材料进行严格检验；

（5）按照标准工艺，对元器件进行严格的老化筛选，或采用严格的工艺措施，剔除其早期失效部分，排除潜在的故障因素，保证上机元件的可靠性；

（6）有完备的可靠性制造规范。

4.2可靠性制造规范

⑴ 元器件、原材料购货规定；

⑵ 元器件、原材料进货检验规定；

⑶ 元器件、原材料贮存转运规定；

⑷ 外购配套件进货验收规定；

⑸ 元器件老化筛选工艺；

⑹ 机械零件制造及检验规程；

⑺电子电气组装及检验规程；

⑻部件组装、钳状及检验规程；

⑼特殊零件加工及代用材料的规定；

⑽总装总调及检验规程；

⑾中间检验及最终检验的规定；

⑿关键工艺的保证措施；

⒀文明生产及制造环境控制规定。