本书第1版于2012年的7月面世.从其诞生到再版,经过了约两年半的时间.在这900多天里,关于本书的内容,关于对技术、对技术生涯的理解,又发生了不少的变化.
其间,曾与一位做过技术管理的朋友聊天,他说“老武,我有不懂的技术问题会来问你,有想不出来的方向、方法、思想问题会来找你讨教.这些方面,我真的服气你比我强.但是有一项能力你肯定是不如我的,就是变现的能力.我能把有限的知识信息最大化地变成商业价值和财富,不知你是否认同?”我频频点头,岂止是认同,简直是五体投地.
我一直有个理论,天分、兴趣、专业知识积累、收入,是选择职业方向的4个要素.没有天分不易成功,没有兴趣会很痛苦,没有专业积累会比较累,没有充足的收入难以养家.如果这4方面都有了,那就相当于物理学上的合力,都是朝一个方向的合力自然最大,能把车拉着跑得最快.庆幸的是,我现在的工作内容里拥有了前三项,稍遗憾的是还缺最后一项.而这一项,恰恰就是这位朋友点出来的变现的能力.世间诸事,道理是相通的.对于嵌入式系统设计,学校里学过多年的数学如何与电子工程去结合? 物理和化学如何与电路可靠性分析去结合? 逻辑方法如何指导软件的设计等? 如何将理论变化为工程设计实践?
不知道是应该由大学老师、工程师自己、还是社会机构(企业、科研单位)来完成这个内容的培养.如何用理论指导实践,在实践中如何提炼出规律理论来总结并反作用于设计实践.总之,这部分在日常工作中相对缺乏.最后,嵌入式系统的设计就成了依据不同器件datasheet中示范电路的模仿和拼接.不好用有故障,也常不清楚其问题根源;好用,也不知道其中是否蕴藏着风险,在哪里蕴藏着风险.
在没有实践经验的时候,用理论指导实践,可快速提升实践能力;在有实践经验之后,将实践经验总结归纳,形成实践验证后的理论,再用于指导实践,可以做到螺旋式上升,理解上升华.这种即使在缺乏实践经验的情况下也能将理论转化为实践,实践后,再总结成规律并推而广之的能力,都属于变现能力的一种.培养和提升这种能力,架起一座理论和实践之间的桥梁,是我写作此书的初衷.本书所能起到的作用也就在于此.
理论是有用的,但要通过指导实践,让实践效果来发挥作用.实践虽是必要的,但也不能期望事事都通过实践来理解.生命没给我们留出那么多时间来试错.理论与实践之间的桥梁架好了,如河上的大桥,物流速度会大大加快,经济会快速繁荣.同理,有了这个桥梁,电子工程师的进步,技术技能的提升也有望一日千里.
在第1版面世的两年多里,借助它,结识了一些新朋友.尤其是武汉理工大学、宇通客车等几家单位将本书引入,成了内部通用教材和研发人员人手一册的参考技术资料.此次再版,不胜惶恐,唯恐出现些许的疏漏和错误,愧对喜欢、欣赏的同道朋友们.
本次再版,新引入了两位作者王广辉先生和彭耀光先生,对其中的部分章节进行较大幅度的修订.三个臭皮匠,顶个诸葛亮,有了两位在不同角度的专业补充,本书的整体内容将更趋完善.
感谢我的同事王洪东先生、寇立强先生,提供了不少的素材并做了至关重要的审核.感谢我的同学石小兵先生、感谢我的朋友胡作清老师、韩树东先生、于金标先生、彭伟先生、彭宝兴先生、尹辉先生、王云格女士、于娜女士,在本书成书的过程中,提出中肯的修改意见,是你们帮助了本书和我的成长.
希望本书能一如第1版,继续为电子行业技术工程师提供更多的帮助.
武晔卿
2015年7月于北京
第一版前言
评选一个可靠的设计,不是比拼谁的设计方案更高明,而是比拼谁更少犯错误.因为其优点而选择,却因为其缺点而发生故障.因此,可靠性设计的工作就是研究哪些地方容易发生问题,以及如何预防和解决这些问题的方法.比如二极管1N4148,正向导通压降是多少? 在一些技术培训课上,我曾经就此发问,0.7V 的答案占了主导,也有0.3V、0.4V、0.6V 等说法.但实际上二极管的V I 特性是一条曲线(横轴是电压,纵轴是电流),其压降并非一个定值,正向导通压降的数值与其导通电流大小相关,随着电流的变化,压降也在变化.
比如某器件指标Tmax=80℃,PR=1 W,现在T=60℃,P=0.75 W,请问器件能否长期可靠的工作? 虽然单个指标都在正常范围内,并且有一定程度的降额,但答案仍然是“No”.任何器件都会有一条负荷特性曲线,形状为直角梯形,在一定温度后,随着温度的增加,PR的值是线性下降的,60 ℃时,PR都可能下降到了0.75 W 以下了.
再比如,大气压这个指标,系统中有水、气,大气压自然会产生影响,但即使没有这些,大气压对电解电容、爬电距离和电气间隙等也会有直接的影响,而这在我参与过的部分企业的技术审核中也屡屡发生,甚至不乏很大规模的企业.由此可见,司空见惯的经验性的东西,很多理解都未必是对的,或者被忽视,而这正是可靠性问题的根源.本书阐述的恰恰就是这些内容.
一、可靠性观点
读完此书,除了几个具体的知识点,还希望读者能形成以下几个基本观点:1.产品故障≠ 产品不可靠;
2.系统启停和波动的过渡过程≠ 稳态过程;
3.降额并不简单;
4.电子可靠性问题的解决有时需要从机械、软件方面着手;
5.器件再简单,datasheet的完整版本都必须拿到并通读;
6.可维修性和可使用性与电子工程师关系很大,因为研究可靠性的核心追求是利润;
7.制程控制不好未必是工艺人员的问题;
8.有些设计隐患是根本测试不出来的,即使我们明明知道它有隐患,但它确实又会在用户现场发生.
二、可靠性设计工作方法
16年前,刚刚研究生毕业的我,一样也都经历过以上类似的问题,但就是在这段并不算很长的工作经历中,曾经有两位、也许他们自己并不觉得对我有很大影响的老师:一位戚老师(美国留学归来的老研究员),使我领会了可靠性设计应该从哪里去钻研;一位张老师(项目总师,自学成才的老研究员),教会了我如何用工程数学计算的方式分析电子技术问题.本书的诸多思想起源就是这里.由此有三点总结:
一是作为电子技术工程师,要学会感恩,没有人有义务必须对你好,但也有很多人在无意之中帮到了你;
二是要善于思考钻研;
三是要学会用数学来指导工程实践.
我先在航天做技术开发,后在民营企业做研发管理,再又独立创业,经历了一个完整的从“工程师—技术经理—综合管理—创业者”的全过程.一路走来,深切理解做好可靠性工作,需要技术和管理的综合作用.因此,给公司起名字的时候,选择了瑞迪航科(北京)技术有限公司,其英文RDCOOSpaceTech(Beijing)Co.,Ltd.中的RDCOO,就是Research& DesignChiefOperationOfficial的简写.研发的运营,包含了技术和管理,构成了保证产品可靠性的基础.
三、致 谢
书稿完成后,掩卷回首,有些许的遗憾.核心遗憾就是字字啼血,但趣味性不足,一个快餐文化的社会环境,让读者去细细咀嚼每一句话、每一个段落,从每个细节中去发现对自己有用的知识点、思想点和方法论,确实略显枯燥.但念及?道德经?、?孙子兵法?,又心下释然,?道德经?5000多字,?孙子兵法?7300多字,与之相比,本书几十万字,已经算是很通俗了.
在这里,要感谢许许多多我可能都不知道名字的读者,是你们的每一次博客留言,让我有了写下去的动力,让我知道,自己的点滴知识、经验、思想,正在某个未知的角落发挥着作用.“兴趣和需要”是最大的动力,这两者中,“兴趣”来自于我自己的内心,而“需要”恰恰就来自于你们.
感谢eetGchina(电子工程专辑)的网站编辑MIKE,是您的支持才使更多读者能读到我的文章,使我有了在深夜中、瞪着充满血丝的小眼,用文思泉涌的写作激情享受着自己的快乐;也是因为博客这个平台,使我的文章被发现,才有了此书的出版.
感谢北京航空航天大学出版社的工作人员,你们专业的眼光让我有了千里马对伯乐的感恩,你们的帮助,使我从一个野路子的写手,转变成为一个思路严谨,符合出版业专业要求的作者.
感谢我的同事兼合伙人王洪东先生,是他替我分担了很多具体的技术工作,使我有时间润色修改书稿,也是他给我提供了很多技术细节上的帮助.
感谢我的同学石小兵先生,作为资深的军工可靠性技术专家,在可靠性的概念、系统性的技术方法等方面,以严谨的学术态度帮助核实并修订了诸多的细节内容.
感谢吴浩先生、王敬军先生、胡作清老师、韩树东先生、于金标先生、彭伟先生、彭宝兴先生、尹辉先生、王云格女士、于娜女士,在本书成书的过程中,提出中肯的修改意见,是你们见证并帮助了本书的成长.
感谢此书写作过程中时刻关注其进展的朋友们,你们的关注,是对我懈怠的鞭策.
如果您是科研开发一线的工程师,本书的内容可以直接参考用于日常设计;如果您是技术管理者,您将明了技术团队可能会犯错的地方,并提前加以检查预防;
如果您是工艺和制造工程师,您将预知设计的隐患,并在生产环节加以弥补;如果您是老师,将使您的技术思维不再停留在象牙塔里,而是深刻认识到影响产品可靠性的自然界的各种复杂要素,并将此传授给自己的学生;
如果您是在校生,本书将让您了解在工程现场的现实应力,研究除功能参数设计之外,系统设计和容差设计两大部分的内容;
如果您不是电子技术领域的从业人员,但您的朋友、家人、同学有人在做这方面的工作,作为礼物,您送去的将不仅是一本普通的书,而是一个美好的职业未来.
武晔卿
2012年3月于北京