基于DFSS的工装可靠性设计及验证

精密电子产品的生产和组装依赖于精密机械设备和工具。在产品品种需求多样化、快速化的今天，不同系列产品的生产必然依赖于不同工装的更换，对产品的质量和产出效率有着直接的影响。因此，有必要仔细设计和验证工装的可靠性。本文对基于DFSS的工装可靠性设计方法进行了分析和验证。

DFSS是实现六西格玛过程能力的策略，主要集中在研究、开发和设计阶段。DFSS的首要目标是“第一次正确设计”，以避免产品生命周期中的问题。DFSS有几种方法，如DMADV和IDOV。对于设备相对简单的工装，使用熟悉的IDOV方法更容易。下面主要介绍各阶段IDOV工装设计和可靠性设计验证的方法。

1.确定需求

第一阶段是确定需求的阶段，对工装设计乃至其他机械设计都非常重要。在确定工装设计阶段，最好是去实地了解5W1H，面对面沟通，收集各方面的客户声音(VOC)，重点是产品特性和工艺要求，其他方面也不能忽视。对于可靠性要求，客户根据产品的使用要求和可能性，提出初始的“目标值”和“阈值”。

2.设计阶段

目标确定后，对所需工装的功能和可靠性进行分解和分配，将工装设计成一个“黑匣子”，确定输入输出，绘制出显示任务间关系的功能结构图。对于可靠性的分配，请遵循以下准则:

①复杂程度和集成度较高的子系统应分配较低的可靠性指标，因为部件越多，可靠性越低，不可控性越大。

②在恶劣条件下工作的子系统应分配较低的可靠性指标，因为恶劣环境会增加部件的失效率。

③对于需要长期工作的子系统，应分配较低的可靠性指标。

④技术不成熟方案的子系统应分配较低的可靠性指标。

⑤重要程度高的子系统应分配高可靠性指标，因为重要程度高的子系统发生故障可能会影响人身安全或任务完成。

3.优化阶段

在优化阶段，将对每个要素进行详细设计，并考虑相关产品、生产工艺、生产设备、工作环境、操作人员和相关工艺规定。许多组合方法和工具可用于参数化设计、三维仿真等。，从而达到功能需求的目的。优化是在削减功能需求和可靠性之间找到兼容性的最好方法。在可靠性设计方面，需要考虑以下几个方面:

①简化设计。在保证工装性能要求的前提下，尽可能减少非标准件的比例，实现零件的标准化、系列化和通用化，用尽可能少的零件实现多种功能，尽可能采用模块化，降低工装的复杂性，提高其基本可靠性。

②冗余设计。对于可靠性要求高的复杂工装，可以采用更多的方式来完成指定的功能，以保证功能的可靠性。但是对于一般不是特别重要的工装，不建议采用冗余设计，因为这样会增加系统的复杂度。

③容错设计。该设计可以自动检测和诊断自身故障，并采取纠正措施。容错设计通常与冗余设计密切相关。在容错设计中，冗余通常用于提供抵消故障影响所需的信息。容错设计一般有基于结构的设计方法和基于冗余的设计方法。

④降额设计。提高额定值或降低工作值(应力、功率、温度)等。，降低元器件或零件的故障率，提高可靠性。

⑤环保设计。对于工装的耐环境设计，主要是提高在冲击、振动、潮湿、腐蚀、高温、低温、强磁场等环境下工作的可靠性。特殊行业根据特殊情况进行设计。

⑥散热设计。通过结构设计、元件选择和布线等。，可以降低温度对可靠性的影响，主要针对电子元器件较多的工装。

⑦零部件和原材料的选择。电子元件和机械元件是工装的基本组成部分。选择符合要求的原材料、元器件和电子元件，对提高可靠性有很大帮助。

4.验证阶段

CTQ的目标和规格已在识别阶段定义。新模具样品出来后，有必要验证是否达到预定的CTQ和可靠性目标值。这个阶段可以通过DOE、加速寿命试验等进行验证。，通常在测试后通过统计分析进行评估。在精度稳定性方面，可以用GRR分析重复性和再现性，在过程能力方面，可以用统计工具计算Cp、Cpk、Pp、Ppk等判断工装的长短期过程能力和置信区间。