基于IDDOV流程的新型通用智能配电器设计

姜爽

摘要：本文结合六西格玛设计的流程，以顾客需求为导向，使用质量功能展开，试验验证的工具极大促进了产品的创新性设计，节约了研制成本，提升了顾客满意度，最终提高了产品性能。

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.

关键词：配电器;IDDOV流程;成本

Key words： distributor;IDDOV process;cost

中图分类号：V442                                         文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）08-0090-04

0  引言

为提高现有航天产品质量和设计水平、大幅度降低研制成本、缩短研制周期，提高客户满意程度、增强企业核心竞争力，探索研究出一套适合航天产品研制的先进质量管理方法，针对在研流程的飞行器新型通用智能配电器开展基于IDDOV的六西格玛全流程设计。

1  IDDOV流程及特点

IDDOV流程，即英文识别（Identify）、定义（Define）、开发（Develop）、优化（Optimize）、验证（Verify）几个词的第一个字母，分别代表了现代管理中的四个阶段[1，2]。IDDOV流程的特点概括而言有以下几点：

①识别：六西格玛设计（DFSS）在识别阶段的主要任务是收集和确定待开发产品的顾客需求，并论证即将开展的DFSS项目的可行性。DFSS的特点之一在于产品设计之初就充分考虑顾客的需求，聆听客户的声音，利用一些评价工具对顾客需求进行识别和优先级排序，以保证设计出的产品满足客户的需要。

②定义：是DFSS实施的核心过程，此阶段的任务是进一步细化展开顾客的需求（Voice of Custom，VOC），并将海量的、具有模糊和不确定性，甚至矛盾的VOC利用一些模糊信息处理技术转化为准确的VOC，再通过质量功能展开将VOC逐层展开为设计要求、工艺要求、生产要求，并提炼出顾客的关键需求，准确地识别、量化顾客需求和期望并针对需求和期望进行产品设计，最后生成产品的设计方案和工艺要求说明书。

③开发：在DFSS的开发阶段，所做的工作是对新产品进行详细的局部设计，在前期工作给定的解决方案框架以及关键质量特性（Critical To Quality， CTQ）和关键过程特性（Critical to Process ，CTP）尺度之内进行新产品的设计。即可以把设计过程看作满足一定功能约束与设计约束的优化过程。

④优化：是对产品和过程设计参数的优化，其目标是在质量、成本和交付时间允许的基础上达到企业利益的最大化。首先设计应该是稳健的，在DFSS 中强调预防和稳健性;其次设计应尽量消除产品或服务失效的潜在可能，通过失效模式和效应分析（Failure Mode and Effects Analysis，FMEA）分析潜在的失效模式和功能变异性，从而在设计阶段就尽量减少产品和过程失效的可能。

⑤验证：DFSS 的验证阶段的任务是对产品设计是否满足顾客要求、是否达到期望的质量水平的确认过程。通过试生产等手段营造一个仿真的生产环境， 测试设计的能力、稳健性和可靠性，最后提交设计的验证报告和 DFSS 项目的总报告。

2  通用智能配电器简介

配电系统负责为航天器各仪器及机电等用电设备分配电能，是航天器的重要组成部分，为提高配电系统的可靠性和灵活性，对配电系统的核心设备——配电器采用智能设计。

配电器是供配电系统的核心设备，能够根据飞行时序和流程，实现飞行器各支路加断电、多母线转电和紧急断电等功能。配电器原理图如图1所示。

3  六西格玛IDDOV设计过程实现

3.1 识别阶段（I）

随着我国航天航空领域的高速发展，越来越多的航天、航空飞行器迫切需要开展智能供配电管理系统研制任务，不断优化系统技术性能指标。航天科技集团公司第一研究院研究发展中心作为航天一院预研创新总体单位，需要在飞行器供配电领域开展关键技术攻关，提高供配电管理系统设计水平。众多客户提出配电器质量大，功率小，带载能力不够强，故障隔离差。通用智能配电器市场需求强。

3.2 定义阶段（D）

将收集到的客户需求归纳提炼，按照描述的细致程度不同，划分成三等级水平需求。进行卡诺图分析。

根据质量功能展开（QFD）的形式，梳理客户需求与相关技术要求之间的关系，如图3所示。

调研国内外配电器类产品性能要求，结合QFD展开情况，将客户心声转换为对产品技术要求，梳理出供电电压、能量需求、可控支路等9项可量化的关键质量特性，如表1所示。

3.3 开发阶段（D）

对本项目中配电器设计按照从关键质量特性到系统功能展开，如图4所示。

从图4可以看出，配电、转电、故障隔离和浪涌抑制功能在技术要求中占有比重最高，是后期设计工作中的重点;自主计时功能可以弱化。浪涌抑制比需要进行优化设计。

3.3.1 配电设计

配电冗余设计能够显著增加配电器可靠性，但产品重量、体积也随之增加。所以放弃系统冗余而确定了器件冗余（基于固态功率控制器）为最佳方案。将模块式固态功率控制器改为板卡式模块;优化板卡结构和器件布局;采用印制板连接器简化接口。

模块式采用类似继电器式的封装方式（如图5左），单模块一般为一路冗余配电，以10A配电模块为例，尺寸为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），未采用模块封装，器件布局更紧密，以10A配电模块为例，在180×210mm×20mm大小的印制板上最多可实现14路冗余配电。因此，在同规格电流条件下，具有体积小、重量轻等特点，有利于解决重量、体积与可靠性之间的矛盾，且板卡式有利于使用印制板连接器实现信号连接。

3.3.2 转电设计

选用接触器的方式，在体积、重量、通用性、可靠性和散热等方面全面占据优势。

3.3.3 故障隔离设计

选用反时限保护方式，在成本、体积、重量、通用性、可靠性和准确度等方面全面占据优势。

3.3.4 浪涌抑制设计

选用软启动电路方式，在成本、体积、重量、通用性、可靠性和准确度等方面全面占据优势。

3.4 优化阶段（O）

为提高配电器负载适应能力，需增加负载浪涌电流抑制能力，提高抗负载上电浪涌的一元质量。浪涌电流抑制电路原理如图6所示。通过调节R2-R5阻值分配、调节C1和C2串联容值、稳压二极管V1性能和MOSFET器件V2、V3的参数，可以获得不同的浪涌电流抑制效果。

根据电路原理进行仿真分析，该电路能够实现良好的浪涌抑制效果，仿真结果如图7所示，且该方案只增加少量电阻、电容等器件，重量、体积、功耗和成本的增加可忽略。

3.5 验证阶段（V）

新型通用智能配电器设计完成之后，单机承制单位制作了样机，产品已用于某项目综合试验，智能配电器实物图如图8所示。

对比具体目标值，新型通用智能配电器设计的目标完成情况如表2所示。

4  结论

本文介绍了基于IDDOV流程的新型通用智能配电器设计，通过六西格玛设计，实现了创新产品的低成本设计，使得研制成本不超过150万元，并实现可靠的设计质量，性能极大满足了客户需求。

参考文献：

[1]伍建军，罗峰，吴丹.六西格玛理论在机械产品设计中的应用[J].矿山机械，2008（2）：59.

[2]马林.六西格玛管理[M].北京：中国人民大学出版社，2004.

[3]邵家骏著.质量功能展开[M].北京：机械工业出版社，2004.

[4]何桢，魏明，周善忠.我国企业推广六西格玛应注意的关键问题[J].机械工程，2004（12）.

[5]郑先成，等.航天器新型固态配电技术研究[J].宇航学报，2008，29（4）：1430-1434.