基于IDDOV流程的新型通用智能配電器設(shè)計(jì)

姜爽

摘要：本文結(jié)合六西格瑪設(shè)計(jì)的流程，以顧客需求為導(dǎo)向，使用質(zhì)量功能展開，試驗(yàn)驗(yàn)證的工具極大促進(jìn)了產(chǎn)品的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，節(jié)約了研制成本，提升了顧客滿意度，最終提高了產(chǎn)品性能。

Abstract： This paper combines the process of Six Sigma design， and uses quality functions guided by customer needs. The tools of test verification greatly promote the innovative design of products， save development costs， improve customer satisfaction， and ultimately improve product performance.

關(guān)鍵詞：配電器;IDDOV流程;成本

Key words： distributor;IDDOV process;cost

中圖分類號：V442 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）08-0090-04

0 ?引言

為提高現(xiàn)有航天產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)水平、大幅度降低研制成本、縮短研制周期，提高客戶滿意程度、增強(qiáng)企業(yè)核心競爭力，探索研究出一套適合航天產(chǎn)品研制的先進(jìn)質(zhì)量管理方法，針對在研流程的飛行器新型通用智能配電器開展基于IDDOV的六西格瑪全流程設(shè)計(jì)。

1 ?IDDOV流程及特點(diǎn)

IDDOV流程，即英文識別（Identify）、定義（Define）、開發(fā)（Develop）、優(yōu)化（Optimize）、驗(yàn)證（Verify）幾個詞的第一個字母，分別代表了現(xiàn)代管理中的四個階段[1，2]。IDDOV流程的特點(diǎn)概括而言有以下幾點(diǎn)：

①識別：六西格瑪設(shè)計(jì)（DFSS）在識別階段的主要任務(wù)是收集和確定待開發(fā)產(chǎn)品的顧客需求，并論證即將開展的DFSS項(xiàng)目的可行性。DFSS的特點(diǎn)之一在于產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初就充分考慮顧客的需求，聆聽客戶的聲音，利用一些評價(jià)工具對顧客需求進(jìn)行識別和優(yōu)先級排序，以保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品滿足客戶的需要。

②定義：是DFSS實(shí)施的核心過程，此階段的任務(wù)是進(jìn)一步細(xì)化展開顧客的需求（Voice of Custom，VOC），并將海量的、具有模糊和不確定性，甚至矛盾的VOC利用一些模糊信息處理技術(shù)轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確的VOC，再通過質(zhì)量功能展開將VOC逐層展開為設(shè)計(jì)要求、工藝要求、生產(chǎn)要求，并提煉出顧客的關(guān)鍵需求，準(zhǔn)確地識別、量化顧客需求和期望并針對需求和期望進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，最后生成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案和工藝要求說明書。

③開發(fā)：在DFSS的開發(fā)階段，所做的工作是對新產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)的局部設(shè)計(jì)，在前期工作給定的解決方案框架以及關(guān)鍵質(zhì)量特性（Critical To Quality， CTQ）和關(guān)鍵過程特性（Critical to Process ，CTP）尺度之內(nèi)進(jìn)行新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。即可以把設(shè)計(jì)過程看作滿足一定功能約束與設(shè)計(jì)約束的優(yōu)化過程。

④優(yōu)化：是對產(chǎn)品和過程設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，其目標(biāo)是在質(zhì)量、成本和交付時(shí)間允許的基礎(chǔ)上達(dá)到企業(yè)利益的最大化。首先設(shè)計(jì)應(yīng)該是穩(wěn)健的，在DFSS 中強(qiáng)調(diào)預(yù)防和穩(wěn)健性;其次設(shè)計(jì)應(yīng)盡量消除產(chǎn)品或服務(wù)失效的潛在可能，通過失效模式和效應(yīng)分析（Failure Mode and Effects Analysis，F(xiàn)MEA）分析潛在的失效模式和功能變異性，從而在設(shè)計(jì)階段就盡量減少產(chǎn)品和過程失效的可能。

⑤驗(yàn)證：DFSS 的驗(yàn)證階段的任務(wù)是對產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否滿足顧客要求、是否達(dá)到期望的質(zhì)量水平的確認(rèn)過程。通過試生產(chǎn)等手段營造一個仿真的生產(chǎn)環(huán)境， 測試設(shè)計(jì)的能力、穩(wěn)健性和可靠性，最后提交設(shè)計(jì)的驗(yàn)證報(bào)告和 DFSS 項(xiàng)目的總報(bào)告。

2 ?通用智能配電器簡介

配電系統(tǒng)負(fù)責(zé)為航天器各儀器及機(jī)電等用電設(shè)備分配電能，是航天器的重要組成部分，為提高配電系統(tǒng)的可靠性和靈活性，對配電系統(tǒng)的核心設(shè)備——配電器采用智能設(shè)計(jì)。

配電器是供配電系統(tǒng)的核心設(shè)備，能夠根據(jù)飛行時(shí)序和流程，實(shí)現(xiàn)飛行器各支路加斷電、多母線轉(zhuǎn)電和緊急斷電等功能。配電器原理圖如圖1所示。

3 ?六西格瑪IDDOV設(shè)計(jì)過程實(shí)現(xiàn)

3.1 識別階段（I）

隨著我國航天航空領(lǐng)域的高速發(fā)展，越來越多的航天、航空飛行器迫切需要開展智能供配電管理系統(tǒng)研制任務(wù)，不斷優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)性能指標(biāo)。航天科技集團(tuán)公司第一研究院研究發(fā)展中心作為航天一院預(yù)研創(chuàng)新總體單位，需要在飛行器供配電領(lǐng)域開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，提高供配電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平。眾多客戶提出配電器質(zhì)量大，功率小，帶載能力不夠強(qiáng)，故障隔離差。通用智能配電器市場需求強(qiáng)。

3.2 定義階段（D）

將收集到的客戶需求歸納提煉，按照描述的細(xì)致程度不同，劃分成三等級水平需求。進(jìn)行卡諾圖分析。

根據(jù)質(zhì)量功能展開（QFD）的形式，梳理客戶需求與相關(guān)技術(shù)要求之間的關(guān)系，如圖3所示。

調(diào)研國內(nèi)外配電器類產(chǎn)品性能要求，結(jié)合QFD展開情況，將客戶心聲轉(zhuǎn)換為對產(chǎn)品技術(shù)要求，梳理出供電電壓、能量需求、可控支路等9項(xiàng)可量化的關(guān)鍵質(zhì)量特性，如表1所示。

3.3 開發(fā)階段（D）

對本項(xiàng)目中配電器設(shè)計(jì)按照從關(guān)鍵質(zhì)量特性到系統(tǒng)功能展開，如圖4所示。

從圖4可以看出，配電、轉(zhuǎn)電、故障隔離和浪涌抑制功能在技術(shù)要求中占有比重最高，是后期設(shè)計(jì)工作中的重點(diǎn);自主計(jì)時(shí)功能可以弱化。浪涌抑制比需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.3.1 配電設(shè)計(jì)

配電冗余設(shè)計(jì)能夠顯著增加配電器可靠性，但產(chǎn)品重量、體積也隨之增加。所以放棄系統(tǒng)冗余而確定了器件冗余（基于固態(tài)功率控制器）為最佳方案。將模塊式固態(tài)功率控制器改為板卡式模塊;優(yōu)化板卡結(jié)構(gòu)和器件布局;采用印制板連接器簡化接口。

模塊式采用類似繼電器式的封裝方式（如圖5左），單模塊一般為一路冗余配電，以10A配電模塊為例，尺寸為42mm×39mm×192mm，重量不大于50g。板卡式直接在印制板上放置器件（如圖5右），未采用模塊封裝，器件布局更緊密，以10A配電模塊為例，在180×210mm×20mm大小的印制板上最多可實(shí)現(xiàn)14路冗余配電。因此，在同規(guī)格電流條件下，具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，有利于解決重量、體積與可靠性之間的矛盾，且板卡式有利于使用印制板連接器實(shí)現(xiàn)信號連接。

3.3.2 轉(zhuǎn)電設(shè)計(jì)

選用接觸器的方式，在體積、重量、通用性、可靠性和散熱等方面全面占據(jù)優(yōu)勢。

3.3.3 故障隔離設(shè)計(jì)

選用反時(shí)限保護(hù)方式，在成本、體積、重量、通用性、可靠性和準(zhǔn)確度等方面全面占據(jù)優(yōu)勢。

3.3.4 浪涌抑制設(shè)計(jì)

選用軟啟動電路方式，在成本、體積、重量、通用性、可靠性和準(zhǔn)確度等方面全面占據(jù)優(yōu)勢。

3.4 優(yōu)化階段（O）

為提高配電器負(fù)載適應(yīng)能力，需增加負(fù)載浪涌電流抑制能力，提高抗負(fù)載上電浪涌的一元質(zhì)量。浪涌電流抑制電路原理如圖6所示。通過調(diào)節(jié)R2-R5阻值分配、調(diào)節(jié)C1和C2串聯(lián)容值、穩(wěn)壓二極管V1性能和MOSFET器件V2、V3的參數(shù)，可以獲得不同的浪涌電流抑制效果。

根據(jù)電路原理進(jìn)行仿真分析，該電路能夠?qū)崿F(xiàn)良好的浪涌抑制效果，仿真結(jié)果如圖7所示，且該方案只增加少量電阻、電容等器件，重量、體積、功耗和成本的增加可忽略。

3.5 驗(yàn)證階段（V）

新型通用智能配電器設(shè)計(jì)完成之后，單機(jī)承制單位制作了樣機(jī)，產(chǎn)品已用于某項(xiàng)目綜合試驗(yàn)，智能配電器實(shí)物圖如圖8所示。

對比具體目標(biāo)值，新型通用智能配電器設(shè)計(jì)的目標(biāo)完成情況如表2所示。

4 ?結(jié)論

本文介紹了基于IDDOV流程的新型通用智能配電器設(shè)計(jì)，通過六西格瑪設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新產(chǎn)品的低成本設(shè)計(jì)，使得研制成本不超過150萬元，并實(shí)現(xiàn)可靠的設(shè)計(jì)質(zhì)量，性能極大滿足了客戶需求。

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