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基于DFSS的工裝可靠性設計及驗證

DFSS是實現六西格瑪過程能力的策略，主要集中在研究、開發和設計階段。DFSS的首要目標是“第一次正確設計”，以避免產品生命周期中的問題。DFSS有幾種方法，如DMADV和IDOV。對于設備相對簡單的工裝，使用熟悉的IDOV方法更容易。下面主要介紹各階段IDOV工裝設計和可靠性設計驗證的方法。

1.確定需求

第一階段是確定需求的階段，對工裝設計乃至其他機械設計都非常重要。在確定工裝設計階段，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，客戶根據產品的使用要求和可能性，提出初始的“目標值”和“閾值”。

2.設計階段

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

①復雜程度和集成度較高的子系統應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應分配較低的可靠性指標，因為惡劣環境會增加部件的失效率。

③對于需要長期工作的子系統，應分配較低的可靠性指標。

④技術不成熟方案的子系統應分配較低的可靠性指標。

⑤重要程度高的子系統應分配高可靠性指標，因為重要程度高的子系統發生故障可能會影響人身安全或任務完成。

3.優化階段

在優化階段，將對每個要素進行詳細設計，并考慮相關產品、生產工藝、生產設備、工作環境、操作人員和相關工藝規定。許多組合方法和工具可用于參數化設計、三維仿真等。，從而達到功能需求的目的。優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。在可靠性設計方面，需要考慮以下幾個方面:

①簡化設計。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，實現零件的標準化、系列化和通用化，用盡可能少的零件實現多種功能，盡可能采用模塊化，降低工裝的復雜性，提高其基本可靠性。

②冗余設計。對于可靠性要求高的復雜工裝，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，不建議采用冗余設計，因為這樣會增加系統的復雜度。

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

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

⑤環保設計。對于工裝的耐環境設計，主要是提高在沖擊、振動、潮濕、腐蝕、高溫、低溫、強磁場等環境下工作的可靠性。特殊行業根據特殊情況進行設計。

⑥散熱設計。通過結構設計、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計分析進行評估。在精度穩定性方面，可以用GRR分析重復性和再現性，在過程能力方面，可以用統計工具計算Cp、Cpk、Pp、Ppk等判斷工裝的長短期過程能力和置信區間。