工程设计：质量是设计者的产物

2024-01-27 百科知识版权反馈

【摘要】：为了真正落实“质量是设计出来的”，必须在产品设计工作启动时同步开展工程设计工作。中试人员将参加产品设计需求和设计规格的评审工作，重点对DFX需求及相关设计进行评审。在上述工程设计过程中，DFX的设计工作仍然由产品设计人员负责完成，而中试人员将承担DFX需求收集和整理、产品需求规格和设计方案评审、测试和验证等大量工作，因此参加工程设计是中试人员的重要工作。以提高可制造性为目的而进行的设计称为可制造性设计DFM。

为了真正落实“质量是设计出来的”，必须在产品设计工作启动时同步开展工程设计工作。工程设计可以在产品设计过程中进行事前、事中、事后全方位质量控制，可以有效减少产品开发后期的设计更改次数，从而缩短产品开发周期，降低开发成本，提高产品质量。

所谓工程设计，就是为了满足除了用户功能需求之外的其他需求而做的产品设计。这里所说的“其他需求”包含两层含义，第一层含义是指测试、制造、售后服务等来自于企业内部的内部需求，与此相对应，可以将来自于企业外部的用户需求称为外部需求。第二层含义是指电磁兼容、环境适应性、安规、防护等可靠性类需求。

所以，工程设计就是为满足内部需求和可靠性类需求而开展的产品设计。相应地，将内部需求和可靠性类需求合称为工程设计需求。

根据工程设计的定义，工程设计概念还可以进一步细分为可测试性设计DFT（Design For Test）、可制造性设计DFM（Design For Manufacture）、可服务性设计DFS（Design For Service）等。DFT、DFM、DFS等可以合称为DFX，常常以DFX指代工程设计。

为了做好工程设计工作，第一个难点是如何获得较为完整准确地确定工程设计需求。本小节下文中将对DFT、DFM的设计需求做进一步讨论。

在工程设计方面的另一个难点，是如何将工程设计工作融入到产品开发过程中。类似于针对外部用户需求的产品功能性能设计，工程设计的基本步骤仍然是确定需求、高层设计、详细设计与实现、测试与验证。以下步骤可将工程设计工作融入到产品开发过程中：

1．概念阶段：以中试测试、工艺等部门为主负责收集和整理DFX原始需求。

2．计划阶段：产品设计人员负责将DFX需求整合到产品设计需求中，并在产品设计规格中融入DFX需求的相关设计。中试人员将参加产品设计需求和设计规格的评审工作，重点对DFX需求及相关设计进行评审。

3．开发阶段：产品设计人员负责完成DFX详细设计和实现中。中试人员将参加产品详细设计方案的评审工作，重点对DFX相关的详细设计进行评审。在开发阶段中试人员还要开展DFX设计相关的测试工作。

4．验证阶段：中试人员负责对产品的DFX设计进行试制验证。

在上述工程设计过程中，DFX的设计工作仍然由产品设计人员负责完成，而中试人员将承担DFX需求收集和整理、产品需求规格和设计方案评审、测试和验证等大量工作，因此参加工程设计是中试人员的重要工作。

可测试性设计DFT需求

可测试性（testability）描述了获取测试信息的难易程度。可测试性具有两层含义，一是测试的可控性，即是否方便选择测试时间、被测零部件和测试项目，二是可观测性，即产品及其零部件的测试过程和测试结果是否方便查看和记录。

以提高可测试性为目的进行的设计被称为可测试性设计DFT。DFT是一种工程设计。例如，个人计算机通常都具备的硬盘测试、内存测试功能，这都属于可测试性设计。

收集可测试性需求是做好DFT工作的一个关键环节。要想完整地收集可测试性需求，就需要明确可测试性需求的全部来源。产品的各种测试工作都可能有可测试性需求。产品的开发、生产、售后服务工作中都有测试工作，因此可测试性需求不止来自于产品开发过程中的测试工作，还包括生产测试、安装与验收测试、维护测试、维修测试等。当然，一般来说，产品开发过程中的中试测试工作最为完整和深入，因此可测试性需求最多。所以，可测试性需求的收集工作以中试测试部门为主，设计、生产、质量、售后服务等部门应参加收集可测试性需求的工作。

在收集可测试性需求时，还要注意对不同来源的可测试性需求进行整合，消除那些重复的需求。例如，对于电脑产品，从中试测试、生产测试、维修测试的角度都可能会提出硬盘和内存测试需求，显然就是重复的需求，必须进行整合。

在整合可测试性需求的时候，可以按产品组件类别进行分类，例如针对个人计算机产品的可测试性需求，可以划分为产品整机的可测试性需求，主板、电源、机箱、硬盘、各种外部设备、操作系统、各种驱动程序的可测试性需求等。

为了进一步说明可测试性需求，这里讨论电子产品的若干典型的可测试性需求：

1．提供产品和部件的自检自测设计。

自检和自测都是由产品和部件自身提供的测试功能，无须另行提供测试设备和软件，测试者的操作也十分简单，非常有助于提高测试工作效率，并缩短测试周期。自检和自测也有不同之处，自检是产品自行启动的测试工作，而自测可由测试者按需启动。例如，个人计算机通常在开机后就会自动运行自检程序，如果发现部件或软件模块不正常，系统会报警。另一方面，如果用户怀疑硬盘工作不正常，可以随时启动并运行操作系统提供的硬盘检测程序，这属于自测。自检和自测功能可用于开发、生产、售后等各方面的测试工作，都是非常重要的可测试性需求。

2．提供部件的离线加载功能，以方便对部件的单独调试和测试。

3．提供测试仪器和工具的测试接口设计，以方便连接仪器和工具开展测试工作。(www.chuimin.cn)

4．提供调测过程和结果信息的记录、查看、上传功能。

5．指示灯、蜂鸣器等指示电路可以通过软件控制，以方便测试。

产品可测试性需求是很多的，针对不同产品还有很多不同的可测试性需求。所以，测试部门应注意积累本企业产品的可测试性需求，并可针对不同类别的产品和零部件总结制定各种可测试性需求规范，例如可制定“数字电路板可测试性需求规范”、“模拟电路板可测试性需求规范”、“产品整机可测试性需求规范”、“软件可测试性需求规范”等。

可制造性设计DFM需求

可制造性描述产品设计适合批量生产的程度，包括是否有利于提高制造质量和效率，降低制造成本，缩短交货期。

以提高可制造性为目的而进行的设计称为可制造性设计DFM。DFM是一种工程设计。例如，合理减少螺钉等紧固件品种就属于可制造性设计。

收集可制造性需求是做好DFM工作的一个关键环节。产品可制造性需求的关注点包括：

1．产品制造质量、成本、产能目标对产品设计的需求。

2．本企业和外协厂工艺和设备能力对产品设计的需求，包括原材料材质、零部件尺寸、包装等。

例如，作者在咨询项目中曾经发现过这样的案例，一家饲料设备企业的产品设计人员凭感觉提出了0.01mm的轴加工精度要求，经考证发现仅全球最优的奥地利一家企业可达到此标准，因此过高的加工精度要求超出了企业和外协厂的工艺和设备能力，严重影响了产品的可制造性。

3．定制化生产/不同配置的需求。

例如，个人计算机产品通常可由客户选配CPU、内存等，为此需要进行定制化生产，生产时可按CPU、内存配置进行计算机整机装配，所以，要将CPU、内存芯片的装配方式设计为插装方式，而非焊接方式。在DFM和其他工程设计方面，经过多年积累的个人计算机产品已经成为一个值得深入学习的典范。

4．生产操作安全性规范对产品设计的需求等等。

一般来说，可以由工艺设计部门组织制造系统相关部门收集、整理可制造性需求。可制造性需求的来源包括工艺设计、装备开发、物料技术认证、产品数据管理、试制验证等中试部门，以及生产、采购、质检等部门。

在整理可制造性需求的时候，可以按产品组件类别进行分类，例如针对个人计算机产品的可制造性需求，可以划分为产品整机的可制造性需求，主板、电源、机箱、硬盘和各种外部设备的可制造性需求等。

为了进一步说明可制造性需求，这里讨论电子产品的若干典型的可制造性需求：

1．尽量选用标准/通用结构件、紧固件、成熟零部件，这将有效提高生产质量和效率，降低生产成本。

2．钣金件可加工性要求，例如，不同材质的最小折弯半径，最小孔边距等。

3．电缆接口处的标识、防插错接插件要求，这将有助于减少生产操作的人为差错。

4．产品灵活配置对BOM结构的设计需求。如本章图4.17的示例，产品灵活配置和定制化生产需要进行相应的产品BOM结构设计，而产品BOM结构设计也可以做为产品设计的一部分。

产品可制造性需求是很多的，针对不同产品还有很多不同的可制造性需求。所以，工艺设计、装备开发等中试部门应注意积累本企业产品的可制造性需求，并可针对不同类别的产品和零部件总结制定各种可制造性需求规范，例如可制定“数字电路板可制造性需求规范”、“模拟电路板可制造性需求规范”、“产品整机可制造性需求规范”等。

工程设计：质量是设计者的产物

相关推荐