Ansys博客
July 29, 2019
什么是可靠性设计（DfR）？
工程师经常谈论可靠性设计（DfR）的重要性以及它对产品整体效率和成功的影响。因此，让我们来了解一下DfR的基本原理以及企业如何利用它来发挥最大优势。
什么是DfR？
从本质上讲，DfR是一个确保产品或系统能够在预期使用寿命内，在给定环境中执行指定功能的过程。
可靠性设计旨在确保产品和系统能够在预期的使用寿命内，在给定的环境中执行指定的功能。
在许多情况下，DfR发生在设计阶段，而且是在制作物理原型之前，其通常可作为整体卓越设计（DfX）战略的一部分。但是，您很快就会发现，我们应当而且应该扩大DfR的使用范围。
为什么DfR至关重要？
当今的技术日益复杂，因此，DfR的重要性和价值变得比以往任何时候都要更为显著。其中一些原因包括：
- 产品差异化：随着电子技术日臻成熟，产品越来越难以通过价格和性能等传统优势从竞争中脱颖而出。
- 可靠性保证：先进的电路、复杂的电源要求、新的组件、新的材料技术和不太稳健的部件，都使确保可靠性变得越来越困难。
- 成本控制：项目预算的70%被分配用于设计。
- 保持利润：产品更快速地进入市场，以防止销售和市场份额降低。
何时使用DfR？
大多数公司会在给定项目开发周期的设计和开发阶段应用DfR。然而，这种常见的做法对于开发过程而言已经太迟了。
成功的DfR需要将产品设计和流程规划集成到被称为并行工程的统一交互式活动中。请记住，可靠性设计比可靠性测试更能节省成本。当您在概念可行性阶段进行可靠性分析时，在制定所有决策时都要考虑可靠性问题。因此，DfR在概念可行性阶段最为有效。
在产品开发过程中进行综合全面的设计审核，是确保产品可靠性的一种行之有效的方法。
谁应该参与DfR？
在将同步设计优化作为目标时，典型的工程壁垒会起到适得其反的作用。相反，并行工程取决于项目团队所有关键成员的共同贡献。因此，需要参与DfR的人员包括：
- 管理组件库的组件工程师
- 为装配体设置系统约束的系统工程师
- 负责计算机辅助设计（CAD）的布局工程师
- 负责可制造性设计（DFM）和装配体/箱体连接的制造工程师
- 根据电源要求开发电路板的热管理工程师
- 设置环境应力筛选（ESS）和电路板应力测试（ICT）参数的测试工程师
- 专门负责统计技术和环境测试的可靠性工程师——通常在设计阶段之后成为DfR的一部分
为了确保产品或系统的可靠性，
您需要完成较长的流程，但其大有可为。您可以更好地了解和
依赖您的产品。
DfR最佳实践
下文介绍了一些DfR最佳实践，其可应用于几乎任何项目的开发工作。这些最佳实践也可为整个流程提供指导。
- 根据可存续性设定可靠性目标。这通常受到置信度的约束，例如15年内实现95%的可靠性以及90%的置信度。
- 要避免平均故障时间（MTTF）和平均故障间隔时间（MTBF），因为这两个参数无法测量可靠性。过去，MTBF一直是用经验预测手册来计算的，其假定的常数故障率并不一定正确。
成功的DfR需要将产品设计和流程规划集成到
被称为并行工程的
统一交互式活动中。
- 利用故障物理（PoF）深入了解预期的使用寿命和环境将如何影响设计。这需要付出大量的努力，但获得的回报很有价值：
- 确定平均和真实的最坏情况
- 识别所有引起故障的负载
- 温度
- 湿度
- 腐蚀
- 功率循环
- 电气负载和噪声
- 机械弯曲
- 随机振动和谐波振动
- 冲击
- 包括所有环境
- 制造
- 运输
- 存储
- 现场
- 在这个阶段，请将尺寸要求尽量放宽。大量硬件故障都是由尺寸限制造成的。
Ansys Sherlock自动化设计分析软件通过尽可能早地在产品开发过程中提供可靠性深度信息，来增强DfR。这不仅优化了产品可靠性，而且还能减少开发时间和降低成本。
如欲详细了解如何将DfR引入开发过程，敬请观看网络研讨会：可靠性物理分析介绍。