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基于DFSS的工裝可靠性設(shè)計及驗證

DFSS是實現(xiàn)六西格瑪過程能力的策略，主要集中在研究、開發(fā)和設(shè)計階段。DFSS的首要目標是“第一次正確設(shè)計”，以避免產(chǎn)品生命周期中的問題。DFSS有幾種方法，如DMADV和IDOV。對于設(shè)備相對簡單的工裝，使用熟悉的IDOV方法更容易。下面主要介紹各階段IDOV工裝設(shè)計和可靠性設(shè)計驗證的方法。

1.確定需求

第一階段是確定需求的階段，對工裝設(shè)計乃至其他機械設(shè)計都非常重要。在確定工裝設(shè)計階段，最好是去實地了解5W1H，面對面溝通，收集各方面的客戶聲音(VOC)，重點是產(chǎn)品特性和工藝要求，其他方面也不能忽視。對于可靠性要求，客戶根據(jù)產(chǎn)品的使用要求和可能性，提出初始的“目標值”和“閾值”。

2.設(shè)計階段

目標確定后，對所需工裝的功能和可靠性進行分解和分配，將工裝設(shè)計成一個“黑匣子”，確定輸入輸出，繪制出顯示任務(wù)間關(guān)系的功能結(jié)構(gòu)圖。對于可靠性的分配，請遵循以下準則:

①復(fù)雜程度和集成度較高的子系統(tǒng)應(yīng)分配較低的可靠性指標，因為部件越多，可靠性越低，不可控性越大。

②在惡劣條件下工作的子系統(tǒng)應(yīng)分配較低的可靠性指標，因為惡劣環(huán)境會增加部件的失效率。

③對于需要長期工作的子系統(tǒng)，應(yīng)分配較低的可靠性指標。

④技術(shù)不成熟方案的子系統(tǒng)應(yīng)分配較低的可靠性指標。

⑤重要程度高的子系統(tǒng)應(yīng)分配高可靠性指標，因為重要程度高的子系統(tǒng)發(fā)生故障可能會影響人身安全或任務(wù)完成。

3.優(yōu)化階段

在優(yōu)化階段，將對每個要素進行詳細設(shè)計，并考慮相關(guān)產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、工作環(huán)境、操作人員和相關(guān)工藝規(guī)定。許多組合方法和工具可用于參數(shù)化設(shè)計、三維仿真等。，從而達到功能需求的目的。優(yōu)化是在削減功能需求和可靠性之間找到兼容性的最好方法。在可靠性設(shè)計方面，需要考慮以下幾個方面:

①簡化設(shè)計。在保證工裝性能要求的前提下，盡可能減少非標準件的比例，實現(xiàn)零件的標準化、系列化和通用化，用盡可能少的零件實現(xiàn)多種功能，盡可能采用模塊化，降低工裝的復(fù)雜性，提高其基本可靠性。

②冗余設(shè)計。對于可靠性要求高的復(fù)雜工裝，可以采用更多的方式來完成指定的功能，以保證功能的可靠性。但是對于一般不是特別重要的工裝，不建議采用冗余設(shè)計，因為這樣會增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。

③容錯設(shè)計。該設(shè)計可以自動檢測和診斷自身故障，并采取糾正措施。容錯設(shè)計通常與冗余設(shè)計密切相關(guān)。在容錯設(shè)計中，冗余通常用于提供抵消故障影響所需的信息。容錯設(shè)計一般有基于結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法和基于冗余的設(shè)計方法。

④降額設(shè)計。提高額定值或降低工作值(應(yīng)力、功率、溫度)等。，降低元器件或零件的故障率，提高可靠性。

⑤環(huán)保設(shè)計。對于工裝的耐環(huán)境設(shè)計，主要是提高在沖擊、振動、潮濕、腐蝕、高溫、低溫、強磁場等環(huán)境下工作的可靠性。特殊行業(yè)根據(jù)特殊情況進行設(shè)計。

⑥散熱設(shè)計。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、元件選擇和布線等。，可以降低溫度對可靠性的影響，主要針對電子元器件較多的工裝。

⑦零部件和原材料的選擇。電子元件和機械元件是工裝的基本組成部分。選擇符合要求的原材料、元器件和電子元件，對提高可靠性有很大幫助。

4.驗證階段

CTQ的目標和規(guī)格已在識別階段定義。新模具樣品出來后，有必要驗證是否達到預(yù)定的CTQ和可靠性目標值。這個階段可以通過DOE、加速壽命試驗等進行驗證。，通常在測試后通過統(tǒng)計分析進行評估。在精度穩(wěn)定性方面，可以用GRR分析重復(fù)性和再現(xiàn)性，在過程能力方面，可以用統(tǒng)計工具計算Cp、Cpk、Pp、Ppk等判斷工裝的長短期過程能力和置信區(qū)間。