产品试验_研发机构和生产部门重要的工作内容

产品试验

研发机构和生产部门重要的工作内容

产品试验是研发机构和生产部门重要的工作内容，一个企业试验设备是否齐全和试验技术是否先进，是标志此单位实力的一个指针，几乎每个单位都将他的试验室作为对外的一个窗口。产品试验更是贯穿产品全生命周期，在产品研制阶段、制造阶段、验收交付阶段都需要进行产品试验。

简介

产品开发工程项目中的试验程序愈来愈重要,多种试验方法在产品开发的不同阶段应用, 以满足产品开发过程中的特定需求。但是, 试验过程特别是研制阶段的试验通常是昂贵、困难和不确定的。当然, 有效的试验也会对项目带来潜在的增值。因此, 必须对项目中的试验程序、试验资源( 如时间、设备、样品、数据) 等进行管理, 以使试验过程得到有效的规划, 并集成到方案论证、设计、研制、生产和保障阶段中。试验程序的有效管理与其它工程学科的管理同等重要, 需要遵循合理的工程和管理基本原则来计划和实施试验。

试验程序的管理涉及产品的很多方面, 包括市场、经济、工程( 设计、研制试验、生产、维修) 、采购、保障等, 这表明试验管理是顶层管理的事务, 试验程序的不同方面不能简单地归于各个专业职能。有效的试验过程必须应用好的管理模式,这是基本原则。即对于设计和研制过程中所获得的信息必须用于优化试验管理和规划; 对生产和使用保障的试验需求必须进行规划和管理。

试验管理部门和职责

在产品试验程序的管理中存在两种基本的工程组织角色: 项目管理人员、负责试验设备和技术支持的管理人员。后一种人员为试验管理人员, 他们组成了产品试验部门。

1 项目管理部门

项目管理人员必须对保证产品和过程设计正确性的方法进行决策和管理, 而产品试验正是保证产品和过程设计正确性的方法之一, 因此, 项目管理人员必须具有其项目的试验计划, 并承担产品试验的管理职责。一般来说, 由于试验设备常常要保障多个研制项目, 同时项目研发人员很少具有操作这些设备所需的专业知识, 所以研制项目无法完全控制所有的试验资源。他们可利用试验部门的设备和人员来开展试验过程, 必须与试验管理人员紧密合作, 适当的时候还必须与其它部门( 如生产、质量和保障部门) 合作。

产品的设计和研制过程包括产品的设计及其后续过程( 研制试验、生产、生产试验、维修) 的设计, 因此, 不仅设计工程师需要在产品试验工程方面进行培训, 同时, 试验工程专业人员也应参与到设计小组中, 这是综合工程的要求之一。试验设计分析方法必须作为设计过程的一部分进行管理, 包括正式或非正式的设计评审、研制试验计划、生产试验方法的确定等。

2 试验部门

试验部门负责提供实施试验过程的技术人员和适用的试验设备。试验技术人员应参与试验的设计与试验方案的评审过程, 并保证试验设备能有效地使用, 以支持项目顺利进行。试验部门必须与项目研发小组紧密合作, 计划并决定采用何种试验标准或规范, 决定适用的试验设备, 同时必须通过协商确定试验样品供应的长期规划。

试验部门在产品试验管理中的职责应包括:

1) 提供试验方法和技术( 规范、标准等) ;

2) 试验设备的管理( 包括在适当的时机采用其它方的设备, 试验设备的维修和检定) ;

3) 试验技术和知识培训。

实际上, 在项目小组和试验部门之间应保持紧密协作的关系, 从产品试验程序的初始计划到开展试验, 这种协作关系必须贯穿于整个程序中。项目小组和试验部门需要共同确定产品试验程序中必须进行的试验、设备使用需求、设备费用( 初始费用和操作费用) 等。

试验规划与程序管理

1 试验计划

每一个产品开发项目都必须准备一个试验计划, 这属于项目管理者的职责范围。对于某些项目, 合同已经包括了试验计划, 如美国国防部要求每个项目组都必须提交一个试验和评价总计划, 并要求项目研制遵从该计划。

试验计划是为达到项目要求的性能、可靠性/耐久性、安全性和法规符合性而制定的, 必须基于相关的合同、已拟定的程序等。例如: 一些用户要求试验方准备并采纳一个试验计划, 或者一个试验和评价计划。试验计划必须与其它相关的项目计划协调一致, 如可靠性、质量、安全性和制造, 并且只能有一个研制试验计划, 而不能分离有关性能、可靠性、安全性等要求的试验。试验计划中应包括:

1) 需要达到的性能和其它要求, 如可靠性、耐久性和安全性的要求;

2) 用于保证达到要求的试验( 和其它合适的方法) ;

3) 试验程序的产品设计分析输入;

4) 进行试验的产品( 组件、子系统、系统)和试验设备的分配;

5) 对供应商的试验要求;

6) 贯穿各个试验阶段的方法、职责和进度;

7) 重要故障模式的规避。

2 试验程序

制定试验程序可为试验项目计划提供框架, 使得各种方法能在整个项目的所有阶段实现综合的应用, 防止重复进行某些过程, 明确责任并使项目进展达到最佳的效果。在质量体系标准( ISO 9000等) 的要求下, 产品试验过程必须维持试验程序并按照程序开展工作。

试验程序中应避免不必要的约束, 管理人员和工程人员应根据项目中的问题和优先顺序灵活地选用最适合的方法。一些程序可能是强制性的, 其中必须明确地限定职责, 建立故障报告、分析和纠正措施系统( FRACAS) , 使用经过检定的试验和测试设备。为达到实用的目的, 在制定试验程序过程中, 可能需要编写试验程序指南以确定其中的内容。试验程序中的内容包括:

1) 部门和项目的职责;

2) 试验和分析方法;

3) 试验的计划和执行( 研制、制造、保障) ;

4) 故障报告、分析和纠正措施系统;

5) 项目评审、设计评审等。

研制、生产和使用维修过程中的试验程序流程, 图中粗线框表示通常要反复执行的过程, 细线框则表示对应每一过程需要考虑的因素和所采用的技术方法, 虚线表示FRACAS 反馈的数据和信息。

3 研制试验过程

工程项目研制试验中暴露出问题时会产生包括费用和时间上的计划外开支, 因此, 许多项目的研制试验程序花费较大, 并具有较大的不确定性和风险。从实用角度看, 预先确定对何种产品执行何种试验是非常重要的。为确定项目费用和时间预算,必须能提供各种资源( 钱、试验设备、试验样品、人员、时间) 的可使用情况, 同时试验程序允许具有一定的灵活性, 以应对可能出现的问题。

（1）产品试验的系统层次和顺序

研制试验程序必须覆盖系统的所有层次, 对于典型的产品来说, 试验程序应包括单独的模块( 器件、子部件/子系统等) 和整体系统的试验。产品的一些器件和子部件或子系统应由设备制造商(OEM) 设计和生产, 其它由供应商提供, 到试验结束时, 应能保证所有的部件和子部件或子系统,以及整个系统都能满足需求。项目中开发出的所有级别的硬件都必须分配到不同的试验过程中。如果需要进行试验的产品比较昂贵或只生产很少的数量, 例如: 在军事装备或飞机研制项目中, 仅生产少数几个原型机, 那么高层子系统和整体系统层次的试验就显得特别重要。

在研制试验程序中, 应首先对元件级和其它低层次的部件进行试验, 由此可节省试验费用, 更易于在试验过程中对其施加高应力, 尽早发现并解决问题, 减少项目延误, 并可实现对低层次部件的优选。但是, 由于元件级和子系统级试验并没有对各个部分之间及与系统其它部分之间的接口进行试验, 所以其并不能保证各个部分能在系统中共同工作。因此, 产品的系统级试验是必不可少的。另一方面, 从实用角度来看, 我们必须在系统试验之前发现并纠正子系统中存在的问题。

对于整个产品来说, 一般情况下, 第一个进行试验的产品模块应是输出模块, 其次是对其进行输入的模块, 然后沿着系统的输出/输入顺序依次向后追溯。这种方法有助于尽早发现可能出现的问题, 并减少可能的设计变更所带来的影响。

（2）试验方法的选择

产品试验程序中包括多个不同的试验, 每一个都具有特定的目标, 这些目标包括基本性能、可靠性/耐久性、安全性和软件研制, 不同的目标决定了可能采用的试验方法。

试验程序必须最佳地利用所有合适和可能的方法, 而不能对可能使用的方法进行限制。试验方法( 包括试验数量、试验应力等) 的确定不能基于惯例, 也不能基于既定的利益, 而是基于项目技术、机遇、风险等约束条件。项目的技术、费用、时间限制、风险、强制性需求等将决定大多数试验程序所必须采用的方法, 可使用的试验设备也将在某种程度上影响试验方法的选用。

（3）试验样品的数量

从获得信息的观点来看, 特别是考虑到误差可能带来的影响, 如果对更多的试验样品进行试验, 则试验结果会更加准确。但是, 增加试验样品意味着增加费用、工作量和时间, 因此, 需要在获得信息和代价两方面进行权衡。通常情况下, 对多个部件进行试验比系统试验更容易且更便宜, 但系统级试验是必须进行的过程。

试验样品数的确定在某种程度上依赖于必须进行试验的种类和数量。例如: 电子系统的试验程序可能需要包括硬件设计验证、软件测试、环境试验、电磁兼容试验等, 在一个产品单元上顺序地执行所有这些试验通常是不切合实际的。一些复杂系统( 如汽车、电子系统和航天飞机) 在试验程序中的样品数可根据费用、项目时间表、风险、生产计划和其它相关因素进行确定, 试验样品的数量也会受到设计分析( 特别是FMEA/FTA) 的影响。

（4）对采购部件进行试验

需要注意的是, 试验程序中必须包含项目中所有工程产品和服务的供应商, 需要他们配合完成试验任务。一般情况下, 由供应商提供的部件或子系统而导致的问题或故障所产生的耗费占工程系统使用耗费的50 %, 甚至达到80 %。

当用户选择项目中使用的器件时, 必须确定该器件已进行了指定的试验。同时, 用户必须对制造商提供的产品经常地重复试验, 或是由制造商保证生产过程中未发生使初始试验结果无效的变化。因此, 对买进的产品必须经过试验程序才能验收, 进行试验的程度必须基于以下几点:

1) 已有的知识、供应商数据、过去的使用经验等;

2) 有关技术、创新、费用和故障影响的风险;

3) 供应商提供的试验和对结果的认知。

4 制造和使用试验过程

制造试验的目标、使用的方法和设备与研制试验有很大的不同。我们必须设计试验过程, 以检测出制造过程中可能产生的缺陷。在研制试验中获得的信息, 要用于制造试验的规划和优化之中。制造试验必须显示哪个产品不“好”, 而不破坏好的产品。制造试验必须对所有的样品进行试验, 或不对任何一个样品试验, 或对部分样本( 非统计) 进行试验。

使用试验和制造试验有着密切的联系, 二者使用的设备( 测试设备, 软件) 相同或相似, 并且使用试验保持了制造试验中用来增强测试性的设计特点。在设计和研制阶段, 使用试验要最优化。当有必要对产品进行使用试验或其它定期维修时, 必须确定使用试验或定期维修的周期。可根据设备功能的降低情况确定恰当的时间单位, 而且这个单位是可以通过测量得到。以可靠性为中心的维修(RCM) 方法可以对维修周期的确定进行优化。

5 试验的经济性

试验是任何工程产品项目的一个必不可少的过程, 但是试验计划制定困难, 执行费用较高, 对产品、时间表和费用的影响方面不确定性较大。可将工程项目所需的试验费用作为增值投资而进行评估。从长远来看, 必须认识到产品试验对于产品寿命周期是一个增值过程[1]。增值试验的概念用于研制过程显得更为有效, 这是因为设计缺陷或不足所导致的费用通常远大于生产、使用问题所带来的费用。试验的经济性是试验过程优化所需考虑的一个重要约束。

确定试验的经济性必须全面考虑试验和修理设备的费用、试验人员和设备的能力、设备的利用率、安装及可达性、产品故障的影响和损失、测试和校准的时间要求以及试验的附加值等情况,还要考虑进行100 %试验或抽样试验的合理性, 每种情况要考虑其优点。

6 法规和标准

大多数研制和生产的产品必须满足一些强制性的要求, 才能投入市场, 这些强制性要求逐渐被制定成法律、法规, 以及国际的、国家的或行业的标准。法律和标准的内容, 对于工程设计来说是一个重要的信息, 设计人员必须考虑适用于产品和市场的法律、法规和标准, 将其整合到研制和生产试验大纲中, 制定的试验大纲必须确保产品符合标准要求。

试验资源的管理

1 试验数据收集和分析

试验数据能及时反映与产品质量有关的各种影响因素和技术状态, 数据的收集和分析是保证产品质量稳定性和性能持久性、提高产品质量的关键环节。因此, 必须建立试验数据管理制度, 使用先进技术以保证其准确性、及时性和系统性。利用有效的传感技术和试验数据分析技术可提供准确的数据, 利用Intranet 技术可及时有效地实现试验数据的共享和发布, 而构建数据管理系统( 如FRACAS)则可实现试验数据管理的系统性。

在产品研制过程中, 试验结果总是包含故障数据, 应对这些数据进行管理, 以便于制定试验计划、收集和分析数据、确定改进和纠正的时机, 并采取相应的措施。制定完善的FRACAS 规则可确保相关信息的收集, 并利用这些信息促进产品设计和制造过程的改进。

工程项目经理或者试验主管是保证执行FRACAS程序的责任人, 应该明确所有辅助人员的职责, 如故障调查研究试验、可靠性分析。

2 试验设备

试验程序中一般需要决定采用何种设备, 并且需要承担一定的不确定性和风险, 因此, 对于试验设备的规划是试验管理的基本方面, 包括决定购买或租借设备, 或者使用其它方的试验服务。

使用其它方的设备的决策必须基于期望的设备利用率、所需费用, 以及这些试验设备的技术水平。对于很多项目来说, 应考虑内部和外部设备的使用, 试验过程和项目试验计划应包含对此如何进行管理的内容。

3 人员培训

设计工程师和工程管理人员通常对设计和功能试验等方面非常熟悉, 然而, 他们往往缺乏可靠性、耐久性及加速试验方面的知识, 特别是与HALT 和HASS 设计有关的知识和经验。试验对于所有工程都具有一定的重要性, 在试验方法上对设计人员进行培训, 并让他们直接接触其设计的产品的试验, 可为设计人员带来知识和经验, 并直接改善他们今后进行正确设计的能力。