工程师必知产品可靠性曲线

在企业里做技术工作，我们常遇到一种现象，在厂子里产品一点问题也不出现，到了用户现场，就频频遭遇故障。还有一种现象，在开关机时或电网波动的应用场合，设备的故障率偏高。作为一个常见现象，不知是否有过关于此的更深入思考。这里面涉及到了一个技术思维方法论的关键性概念—过渡过程。

　　任何事物都有稳态和动态两种情况，在事物从一个稳态跳变到另一个稳态的过程中，并不是一下子跳变完成的，如(图1)，而是都要经历一个变化的过程，这个道理谁都理解，说时迟那时快的电光石火之间，那也是需要时间的。这个过程就是过渡过程，那么这个过渡过程的变化状态是什么样的呢?其过程波形如(图2)。

　　学过《自动控制原理》的读者会觉得这个波形有点面熟，对了，它就是二阶系统的阶跃响应曲线，在这条曲线里，上升时间tr和超调量δ是一对矛盾，tr越小，则δ越大，反之，tr越大，则δ越小。

　　对电子产品，在上电的时候，相当于在电路系统的电源端加入了一个阶跃输入，在近似的二阶系统中，阶跃输入的响应曲线就如图2，电源回路中会有一个浪涌电流和超调电压，那么在元器件的选型和电路的安全性设计上，器件参数的指标就不能以稳态参数的指标来进行选取，比如电源输入端退耦电容的耐压值，假设电源为12V，III级降额，电容直流耐压降额系数为0.75，电容耐压值选取12/0.75=16V，这个值其实是有问题的，因为超调电压的最大电压点不会是规规矩矩的12V，而是更高点的电压，高到多少取决于电路系统的阻尼，严重者此超调电压甚至会接近甚至超过16V，这时电容出现失效就是不可避免的了。即使不出现问题，此耐压值也因为预留余量不足，使得其在有外部干扰的时候容易被损坏。

　　此现象在电路系统的很多地方都存在，晶振的输出波形、步进电机的输出、力学传动皮带轮或齿轮，都有这条曲线作用的影子，唯一不同的仅仅是tr和δ的量值大小不同而已。

　　这条曲线除了在工程领域起作用之外，在社会生活领域，也同样作用显著。年轻工程师的离职高发期大都发生在参加工作后的第2-6年，刚参加工作时，新鲜劲没过，干劲十足野心勃勃，经过几年的gaochao之后，领导对你的好印象也会有个类似此曲线的波动期，个人情绪也会因为美感疲劳、未得到持续新鲜的激励，个人感觉会逐步下降，逐步变得失望、倦怠、不满，最后的结果就是离职，我给这个阶段起了个名字叫“职业青春期”，谁都会经历，只是早一点晚一点，有些人，慢热型的，tr的上升时间很长，但δ很小，反而不会遇到破坏性的个人状态，稳定的干下去，经过长期的资深积累，相对更容易做出成就。

　　对于加薪对员工的激励效果，也符合这条曲线的规律。

　　对于婆媳关系获男女朋友的相处，这条曲线的规律也有同样的作用。

　　那到底这条曲线对我们有哪些好的或坏的作用?是不是说这条曲线作为客观规律，就是绕不开的魔咒呢?答案是“no”。

　　这条曲线的客观规律不可避免，但我们可以通过各种组合的形式，将这条曲线妥善加以利用，化不利为有利。

　　这条曲线的破坏点主要是第一个波谷的位置，如果挺不过去，矛盾或后果就发生了。我们能做的就是在这个阶段到来之前，要清醒地意识到此条规律，如果能避免则尽量规避，实在规避不了，则卧薪尝胆韬光养晦，切不可在此时作出过激决绝的事情来。规避的办法是通过外加应力的方式，使波谷到来之前，制造一个新的阶跃响应曲线。

　　追得太紧了，tr太小，超调高，波谷自然也就低;追得太松了，tr太长，没遇到波谷的问题，但波峰也未曾来过。