波輪洗衣機電控板防水可靠性的研究與改善

陳 林 張夏陽

（廣東美的制冷設備有限公司 佛山 528311）

引言

隨著智能家電產業的發展，好品質、高可靠性已成為產品的核心競爭力要求[1]。洗衣機因其獨特的水-電結合工作環境，電控板受潮失效問題極大影響產品的質量與可靠性。產品的可靠性是設計出來的，要解決工程實踐中的故障和缺陷需要應用可靠性工程的方法[2]。

本文運用可靠性工程方法，對某波輪洗衣機電控板受潮問題進行可靠性分析，從結構設計，工藝制程等角度為洗衣機行業的可靠性提升提供解決思路。

1 問題描述

某波輪洗衣機用戶反饋產品不工作，維修時拆解發現電控板關鍵元器件位置存在霉斑，電控板防潮膠發生變質，電控板通電無響應導致整機不工作如圖1所示。

圖1 電控板進水故障退件圖

2 問題分析

2.1 整體思路

該問題為典型的可靠性工程問題。家電產品故障率一般遵循浴盆曲線，如圖2所示。從用戶反饋信息可知，該產品的使用時間較長，但遠未達到設計使用壽命，故該故障為發生在偶然故障期的偶然故障。為提高用戶的使用體驗，應通過可靠性工程手段降低偶然故障期的故障發生率，使浴盆曲線向理想的曲線（2）移動。

圖2 家電產品故障率曲線示意圖

偶然故障的一般分析方法如圖3所示，從具體問題出發，確認故障問題、分析主要故障模式、挖掘故障機理，并通過故障激發手段確認故障原因分析的準確性。之后針對故障的根本原因提出針對性改善方案，并長期監控改善方案的有效性，達到提升產品可靠性的目的。

圖3 電控板進水故障分析整體思路

2.2 故障樹分析

故障樹是產品可靠性分析的重要工具之一，該方法以一個不希望發生的產品故障事件為分析對象，通過由上向下的嚴格按層次的故障因果邏輯分析，逐層找出故障事件的必要而充分的直接原因，畫出故障樹，最終找出導致頂事件發生的所有可能原因和原因組合[2]。

針對電控板進水與受潮失效問題，以該問題作為頂事件，從電控板故障到關鍵零部件故障，直至分析到制程、結構等根本原因為止。該問題的故障樹如圖4所示，通過故障樹分析可以判斷出該問題產生的原因為長期積水導致防潮膠發霉、元器件暴露，繼續淋水則發生電控板淋水故障。

圖4 電控板進水受潮失效問題故障樹

2.3 FMEA分析

故障模式及影響分析簡稱FMEA分析，其目的是發現和評價產品的潛在失效和后果，找到能夠避免或減少這些潛在失效發生的措施[3]。

2.3.1 電控板防水失效FMEA分析（見表1）

表1 電控板防水失效FMEA分析

從FMEA分析中可看出擋水筋不能防水、卡扣孔滲水的發生頻度高、難以探測，風險優先數RPN高，是起主導作用的潛在失效機理，應對該故障因素進行改善。為確定具體失效激勵的發生原因，還應該對每個失效激勵逐一進行單因子分析，詳細分析每個故障激勵產生的設計原因。

2.3.2 元器件暴露FMEA分析（見表2）

表2 元器件暴露問題FMEA分析表

從FMEA中可看出，對于元器件暴露的故障模式，其主要故障機理為防潮膠灌膠時溢出導致零部件不能覆蓋。

2.4 單因子分析校核

2.4.1 擋水筋不能防水的單因子分析

工作臺與電控板裝配結構如圖5所示，從結構剖面圖可以看出，電控板模盒后側的防水擋筋足夠高，能夠避免外部水汽進入電控板，其設計的固有可靠性較高。但是，前側的防水筋較低，前側防水筋與工作臺之前存在較大間隙，水汽和水滴有從該間隙落入電控板并打濕元器件的風險。尤其是在整機出現傾斜的情況下，該擋水筋不能有效起到防水作用，電控板有進水風險。

圖5 工作臺與電控板裝配示意圖

2.4.2 卡扣孔滲水的單因子分析

工作臺與電控板裝配俯視圖如圖6所示，從裝配俯視圖可以看出，電控板與工作臺卡扣孔之間間隙小，僅0.3 mm，在水滴表面張力的作用下，水滴有很大幾率在卡扣孔處滲漏、聚集，最終落入電控板范圍內。當整機存在傾斜的時候，卡扣孔與電控板之間的縱向間隙進一步減小，當前傾角度超過3 °時，在垂直方向上卡扣孔已落在電控板范圍內，水滴可以通過卡扣孔垂直滴入電控板范圍內。分析某產品實際維修件，發現卡扣孔位置正好對應失效樣品的積水位置。證明故障樹及FMEA分析結論正確。

圖6 工作臺與電控板裝配俯視圖

2.4.3 防潮膠量少的單因子分析

制程灌膠高度受電控盒溢膠口最低高度所限，臨時在溢膠口上粘貼無粘性的阻焊膜防止制程溢膠，如圖7所示。再次灌膠后發現灌膠高度明顯提升，元器件暴露情況明顯降低。證明防潮膠溢出是元器件暴露故障發生的主要原因。

圖7 溢膠口粘貼阻焊膜

3 可靠性改善

通過故障樹分析、FMEA分析已確認了故障產生的根本原因，并通過單因子分析對FMEA和故障樹分析結果進行了交叉驗證。因此可根據FMEA分析結果對上述風險優先數RPN較高的故障模式進行設計整改，提升固有可靠性。

3.1 電控板防水失效的改善

對于電控板防水失效，其主要原因是設計的固有可靠性較低，因此應對電控板電控盒結構進行設計優化見表3，提升其整體固有可靠性，改善方案如下：

表3 電控板防水失效改善措施

1）在卡扣孔附近加高擋水筋，使擋水筋越過卡扣孔，保證滲水只能在防水筋的外壁匯集，而后順著外壁滴落，不會落入電控板范圍內。

2）電控板局部寬度調整，在卡扣孔位置整體寬度縮進0.5 mm，避讓卡扣孔。經過調整后卡扣孔與電控板之間的水平間隙增加至0.8 mm，整機傾斜也無法讓卡扣孔落入電控板范圍內，從而有效避免了卡扣孔滲水滴入電控板的問題，提升整機固有可靠性。

3.2 元器件暴露失效的改善

對于元器件暴露問題主要是由于制程中灌膠高度不足所致，而制程問題產生的根本原因是溢膠口高度不合理導致的生產過程溢膠。該問題可以通過粘貼阻焊膜臨時解決，但是從生產效率及經濟性角度出發，應通過修改結構予以一次性解決。一種解決方案是提升溢膠口結構的高度1.5 mm。調整后元器件均能被防潮膠覆蓋，提升了電控板的固有可靠性見表4。

表4 元器件暴露失效改善

4 實驗驗證

為驗證改善效果，將改善后的電控板安裝至測試樣機上。首先對樣機進行ESS驗證：在樣機經過溫度循環與振動處理后進行淋水、倒水測試，觀察是否出現電控板進水、積水故障，如圖8所示。

圖8 淋水、倒水測試

經試驗驗證，淋水、倒水測試樣機均無進水、積水故障發生，且元器件未發生暴露，該批樣機ESS驗證通過，可以進行可靠性鑒定測試。

為了快速驗證改善效果，采用短時高風險可靠性鑒定實驗方案見表5，查閱GJB 899A-2009中的相關要求，取α=β=30 %，θ1=500 h，鑒別比d=3，選擇實驗方案21進行測試。總試驗時間550 h，拒收數=1。

表5 短時高風險定時實驗方案表（節選）[4]

對通過ESS的5臺樣機進行可靠性鑒定測試，經550 h測試后，電控板未出現進水、積水，元器件無脫落、燒焦現象，鑒定驗證通過。改善實施后統計市場維修數據下降79.2 %。

5 總結

隨著中國制造技術的不斷進步，消費者與用戶對家電產品提出了更高的質量要求。本文以某型號波輪洗衣機電控板進水失效為例詳述了家電產品可靠性分析及問題解決的一般模式，并為波輪洗衣機提升電控板防水可靠性提供了具體的改善措施。