导入黑盒部件时品质保证的方法研究

过兆平

摘要：在目前科技高速发展的时代，产业分工越来越细致，越来越专业。作为整体产品的研发生产企业，对于其中的所有部件做到自我生产是几乎不可能的。因此，对于整机厂商而言，向供应商购买的部件技术越来越黑盒化。对于如何提高黑盒化部件的品质水平，各个企业也是绞尽脑汁，本文就如何有效地提高黑河部件品质的方法进行了研究，谈一些心得体会。

关键词：黑盒部件，品质保证，FMEA

1. 黑盒部件导入的课题

产品生产商购买的部件有白盒（white box），灰盒（grey box），黑盒（black box）部件。所谓的白盒，黑盒这个词汇出自于软件测试行业。白盒是指内部代码都完全明确的部分，对于这些部分软件测试人员能够非常准确地整理出相关的漏洞。而对于黑盒，测试人员并不完全清楚内部的详细规格，一般测试人员只能通过确认外部的动作来验证软件。

在硬件领域也是一样的。特别是产品生产商对于自己公司设计生产的部件（白盒）的规格是非常清楚的，因此也更能准确地设定信赖性检证的项目。同时，对于自己公司设计的部件的弱点也是非常清楚的，因而对于部件的故障模式和设计的注意点也时更容易把握的。

而对于黑盒产品，由于不了解内部的设计规格，我们只能验证它的接口特性。

例如，多功能一体机中的HDD的步进电机，虽然它的接口规格大家都很明了，但是它内部的设计规格却是都不知道的。所以，产品生产商由于对于黑盒产品内部到底有多少品质隐患的不明确性导致产品出现市场问题，也是常有的事情。于供应商而言，在设计初期将自己公司内部的设计资料向外公开是非常困难的。这也是那些黑盒部件的检证变得困难的根本原因。

而灰盒部件则是兼于白盒，黑盒之间的部件。一般灰盒部件是指那些根据产品生产商的要求机能，性能，规格，而详细设计和生产是委托给部件厂商的那些部件。比如，在汽车行业，整车厂会提出需要部件的要求机能，性能和设计规格，甚至于会涉及到部件内部的构造设计或者生产流程的考虑，因此可以确保供应商提供的部件的品质。

2. 导入黑盒部件所需的品质保证的方法

前文所述，当使用黑盒部件时会有潜在的品质风险。本节将就多功能一体机中的HDD采购时所需的品质评价流程进行阐述。

导入黑盒部件所需要的品质评价流程，主要有以下四个行为：

1. 以往的问题事例的收集

2. 使用FTA进行故障原因的解析

3. FMEA研讨（里面又分部件单体信赖性的FMEA，产品和部件匹配性的FMEA，部件制造品质验证的FMEA）

4. 为了验证部件内部问题的试验（信赖性试验，匹配性试验）

首先，为了决定品质评价的项目，如下所示需要收集以往的部件品质问题事例。以往的品质问题事例是产品生产商部件品质评价项目的基础。

△ 产品生产商工厂内部发生的问题

△ 客户的投诉

△ 产品开发时候发生的部件问题

△ 部件EOL时替换品和产品发生的不匹配问题

△ 部件内部信赖性问题导致的部件短期故障

△ 一般文献里面记载的部件问题事例

接着，是根据收集到的以往部件故障事例的情报，利用FTA解析方法，分析故障的原因。图1是使用FTA手法分析的HDD故障的机理。

当发生HDD数据读取不了的时候，及时给机器上了电机器也是启动不了的。因此如果使用FTA方法，就能够明确各种部件故障的机理。

下面，我们来研讨防止问题再次发生的FMEA，因为使用了FTA了解了故障发生的机理，但是我们如何才能将故障发生防患于未然，如何才能预见到可能发生问题的部件。此时，需要集中设计，品质管理，采购，部件评价相关部门的技术人员对部件问题再发防止对策进行研讨。

图2是FMEA的样板，FMEA制定的要点是必须考虑部件故障模式和故障模式对于整个系统的影响度。为了防止品质问题的发生，一般会在FMEA表里写上产品和部件设计的注意点。根据FMEA的研讨结果，我们需要算出PRN（Priority Risk Number），根据算出值制定部件问题对策的优先顺序。

特别是，对于像HDD这种黑盒部件，为了对他的品质进行深刻的把握，我们要做以下三种FMEA，主要目的是能够明确部件内部的潜在问题：

1. 部件设计品质，部件信赖性的FMEA

2. 部件和产品匹配性验证的FMEA

3. 部件生产品质用的FMEA

当进行第一种FMEA的时候，需要产品生产商向部件供应商就问题信息进行反馈，在部件设计时就尽量将其品质提高。当进行第二种FMEA时，当发现部件和产品不匹配时需要向产品设计人员反馈问题信息，在产品设计阶段尽量提升产品和部件的匹配性。同样的，当进行第三种FMEA时，如果发生了部件生产品质的问题时，需要审查生产工序，改善相应的工程。

如上所示的FMEA的具体事例，我们使用HDD进行说明。先是关于部件设計品质和部件信赖性的检证实例，由于外部的震动导致HDD旋转速度变慢被列举出来了。而HDD旋转速度变慢的原因有，HDD内部读取头由于外部震动的原因，磁性存储媒介所存储的信息无法准确地被读出，从而导致读取头一直在反复读取。由于磁性存储数据无法被准确地读取出来，读取速度变慢，从而旋转速度也变慢了。就像这样，使用FTA手法明确了HDD旋转速度变慢的机理，从而能够在HDD设计时就导入相关的必要规格。比如，HDD部件规格书中，有写到对于HDD施加的震动频率范围为5-500Hz或者1G以上。这是因为，当对其施加500Hz以上的震动时，根据时时观测的HDD旋转速度数据发现HDD的旋转速度受到了较大的影响。

通过上述的实验，不但明确了该HDD所匹配的震动频率范围，同时也能相对把握住各个供应商的部件信赖性差异。这就是HDD信赖性验证FMEA的实际事例，这个能够适用于各种尺寸的HDD。但是不管是运用FTA，FMEA都是要确认很多的项目，要花很多的时间和人力。

3. 如何提高黑盒部件的品质保证效率

如图3所示为导入HDD这种黑盒部品时的供应商选定流程。

起先，根据部品的采购计划，算出所需部品的数量，交期和目标价格，根据这些要求选定供应商。当然，所谓的采购计划是需要和产品的开发计划，生产计划相吻合的。

当选定供应商时，必须考验供应商是否在数量和交期上灵活对应，还有在价格层面是否有竞争力，为此我们需要向多家供应商询价然后从中选择最优的供应商。之前提到的逆向竞价的做法，产品生产商能够通过这个方法有效地控制部品的价格，最近采用这种做法的产品生产商也在增多。另外，我们在选定供应商时总是会为了以防各种突发事件，同一个部品会选定数家。

然后，为了产品和部品的匹配性，我们会挑选有能力提供相匹配部品的供应商。比如，客户使用的HDD，会挑选符合客户所要求的转速，接口，震动特性，耐冲击要求，消费电力规格的厂家。

接着，客户会对供应商进行各種审查，包括：欧洲规定的环节有害物质的监测，会挑选能够稳定对应RoHS（Restriction of Hazardous Substances）或者REACH（Registration Evaluation Authorization and Restriction of Chemicals）的供应商。如果供应商无法提供相关证明，则产品生产商必然需要自己运用相关设备进行有害物质的检测。

还有，对部品的安全性，UL（Underwriters Laboratories）规格等等进行验证。具体的安全性检验项目是指电子部品的开路，短路发烟发火实验，电磁兼容EMI（Electro Magnetic Immunity）实验等等。通常，可能只是从供应商那里拿到数据确认一下就可以了，但是根据情况不同可能需要将部品装入产品中进行实际的验证。

另外，会选定部品信赖性优良的供应商。根据实际情况，有些供应商不会在规格书中写明类似于对于温度，湿度的耐久特性。遇到这种供应商，客户会对其部品进行必要的信赖性试验，以提前排查部品隐藏的品质问题。所以一般会挑选能够准确提供信赖性条件的供应商。

最后，关于部品和产品的匹配性试验，必然是选择匹配合格的供应商。虽然为了削减开发投资导入了类似HDD这种黑盒部品，但是当发生匹配性问题时，必然要么是产品这里进行相应的设计更改，要么是厂家对部品进行设计更改，总之关于匹配性的话会和供应商必须得达成共识。

综上所述，为了选择优良的供应商，不仅仅是关注于部品的价格和交期，也不仅仅是拿到规格书就OK了，而是要挑选那些能将信赖性数据等等技术情报能够公开的供应商。同时更希望能够当匹配性问题发生时，配合度和协力度更好的供应商。

HDD是广泛被整机厂家使用的电子部品，由于产品本身有很强的共通性，对于整机厂家而言，HDD是一个黑盒部品。同时，HDD因为融合了机械，电子，软件，材料等等各种技术，所以他也是最为复杂的部品之一。

我们将从之前说的以下五点对供应商进行评估：

1.关于部品故障解析信息的公开。

1.部品信赖性信息的公开。

2.部品设计或者制造流程的信息公开。

3.根据顾客要求对应设计变更的能力。

5.部品品质问题发生时是否能迅速对应。

对于供应商的分数，将由2-1式来决定，对每个评价项目的权重（Wi）进行打分（Xi），然后总得分由他们的乘机之和算出，而权重以及分数的范围为0-2分。

（2-1）

Fig.3

关于故障解析信息公开，具体有以下要求：①电路信息，②读取头信号输出信息，③Primary list等故障模块信息，④使用FTIR，SEM-EDX对故障进行解析，⑤SMART（Self-Monitoriong Analysis and Reporting Technology）信息。

HDD厂家的话，除了对应大客户，为了削减工时，普遍是不会使用FTIR或者EDX这类特殊的设备的，而是用一些简易的设备进行解析。为此，要寻找那些愿意为了客户使用FTIR或者EDX这类复杂的工具，对问题点进行深挖的供应商。

从HDD供应商处获得故障诊断工具，电路图是非常重要的。这些信息，是作为供应商向客户解释问题的机理非常有用的信息。而且，它们也是当部品和产品不匹配时进行设计更改，改善的信息源泉。从，HDD供应商那里拿到的SMART信息也是很重要的，根据HDD的产品规格书，SMART信息有10个参数，里面记载了关于马达启动时间，不良通道数，读取和写入故障率等等。这些信息对于判断HDD内部潜在的问题和部品的老化等等是非常有效的。但是，SMART信息是根据HDD厂家不同而不同的，为了详细把握这些信息需要向厂家具体询问。

参考文献：

[1]孙文龙，张静，项目设计过程中的风险管理及FMEA应用[D]，霍尼韦尔环境自控产品天津研发中，2011

[2]甄岩，郑海龙，陆再平，失效模式及后果分析（FMEA）在企业质量管理中的应用[J]，技术经济与管理研究，2003