基于IDDOV流程的新型通用智能配電器設計

姜爽

摘要：本文結合六西格瑪設計的流程，以顧客需求為導向，使用質量功能展開，試驗驗證的工具極大促進了產品的創新性設計，節約了研制成本，提升了顧客滿意度，最終提高了產品性能。

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.

關鍵詞：配電器;IDDOV流程;成本

Key words： distributor;IDDOV process;cost

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

0 ?引言

為提高現有航天產品質量和設計水平、大幅度降低研制成本、縮短研制周期，提高客戶滿意程度、增強企業核心競爭力，探索研究出一套適合航天產品研制的先進質量管理方法，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計。

1 ?IDDOV流程及特點

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

①識別：六西格瑪設計（DFSS）在識別階段的主要任務是收集和確定待開發產品的顧客需求，并論證即將開展的DFSS項目的可行性。DFSS的特點之一在于產品設計之初就充分考慮顧客的需求，聆聽客戶的聲音，利用一些評價工具對顧客需求進行識別和優先級排序，以保證設計出的產品滿足客戶的需要。

②定義：是DFSS實施的核心過程，此階段的任務是進一步細化展開顧客的需求（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轉化為準確的VOC，再通過質量功能展開將VOC逐層展開為設計要求、工藝要求、生產要求，并提煉出顧客的關鍵需求，準確地識別、量化顧客需求和期望并針對需求和期望進行產品設計，最后生成產品的設計方案和工藝要求說明書。

③開發：在DFSS的開發階段，所做的工作是對新產品進行詳細的局部設計，在前期工作給定的解決方案框架以及關鍵質量特性（Critical To Quality， CTQ）和關鍵過程特性（Critical to Process ，CTP）尺度之內進行新產品的設計。即可以把設計過程看作滿足一定功能約束與設計約束的優化過程。

④優化：是對產品和過程設計參數的優化，其目標是在質量、成本和交付時間允許的基礎上達到企業利益的最大化。首先設計應該是穩健的，在DFSS 中強調預防和穩健性;其次設計應盡量消除產品或服務失效的潛在可能，通過失效模式和效應分析（Failure Mode and Effects Analysis，FMEA）分析潛在的失效模式和功能變異性，從而在設計階段就盡量減少產品和過程失效的可能。

⑤驗證：DFSS 的驗證階段的任務是對產品設計是否滿足顧客要求、是否達到期望的質量水平的確認過程。通過試生產等手段營造一個仿真的生產環境， 測試設計的能力、穩健性和可靠性，最后提交設計的驗證報告和 DFSS 項目的總報告。

2 ?通用智能配電器簡介

配電系統負責為航天器各儀器及機電等用電設備分配電能，是航天器的重要組成部分，為提高配電系統的可靠性和靈活性，對配電系統的核心設備——配電器采用智能設計。

配電器是供配電系統的核心設備，能夠根據飛行時序和流程，實現飛行器各支路加斷電、多母線轉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設計過程實現

3.1 識別階段（I）

隨著我國航天航空領域的高速發展，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研制任務，不斷優化系統技術性能指標。航天科技集團公司第一研究院研究發展中心作為航天一院預研創新總體單位，需要在飛行器供配電領域開展關鍵技術攻關，提高供配電管理系統設計水平。眾多客戶提出配電器質量大，功率小，帶載能力不夠強，故障隔離差。通用智能配電器市場需求強。

3.2 定義階段（D）

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

根據質量功能展開（QFD）的形式，梳理客戶需求與相關技術要求之間的關系，如圖3所示。

調研國內外配電器類產品性能要求，結合QFD展開情況，將客戶心聲轉換為對產品技術要求，梳理出供電電壓、能量需求、可控支路等9項可量化的關鍵質量特性，如表1所示。

3.3 開發階段（D）

對本項目中配電器設計按照從關鍵質量特性到系統功能展開，如圖4所示。

從圖4可以看出，配電、轉電、故障隔離和浪涌抑制功能在技術要求中占有比重最高，是后期設計工作中的重點;自主計時功能可以弱化。浪涌抑制比需要進行優化設計。

3.3.1 配電設計

配電冗余設計能夠顯著增加配電器可靠性，但產品重量、體積也隨之增加。所以放棄系統冗余而確定了器件冗余（基于固態功率控制器）為最佳方案。將模塊式固態功率控制器改為板卡式模塊;優化板卡結構和器件布局;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現14路冗余配電。因此，在同規格電流條件下，具有體積小、重量輕等特點，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現信號連接。

3.3.2 轉電設計

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優勢。

3.3.3 故障隔離設計

選用反時限保護方式，在成本、體積、重量、通用性、可靠性和準確度等方面全面占據優勢。

3.3.4 浪涌抑制設計

選用軟啟動電路方式，在成本、體積、重量、通用性、可靠性和準確度等方面全面占據優勢。

3.4 優化階段（O）

為提高配電器負載適應能力，需增加負載浪涌電流抑制能力，提高抗負載上電浪涌的一元質量。浪涌電流抑制電路原理如圖6所示。通過調節R2-R5阻值分配、調節C1和C2串聯容值、穩壓二極管V1性能和MOSFET器件V2、V3的參數，可以獲得不同的浪涌電流抑制效果。

根據電路原理進行仿真分析，該電路能夠實現良好的浪涌抑制效果，仿真結果如圖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 驗證階段（V）

新型通用智能配電器設計完成之后，單機承制單位制作了樣機，產品已用于某項目綜合試驗，智能配電器實物圖如圖8所示。

對比具體目標值，新型通用智能配電器設計的目標完成情況如表2所示。

4 ?結論

本文介紹了基于IDDOV流程的新型通用智能配電器設計，通過六西格瑪設計，實現了創新產品的低成本設計，使得研制成本不超過150萬元，并實現可靠的設計質量，性能極大滿足了客戶需求。

參考文獻：

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