论涂料产品开发周期

大师

1 前言 ?
时间的压力?

当我于1967年进入涂料行业时,它是一个相当大但发展不快的工业。当时大约有2000 家公司,其中有一百多家公司建有相当规模的研究开发部。那时,为了推出一个新的 外用建筑涂料产品上市,通常要花10～15年的时间。并且大多数的管理文献声称这是合 符情理的。?

三十年后,情况完全不同了。涂料公司的数目从十年前的1200家降到了1996年的大 约800家。我们工业总的雇员数比1989年的最高峰减少了420万,尽管整个涂料市埸的营 业额以每年大约5%的速度继续增长(大约两倍于总体经济的增长速度)。今天,为了推 出一个新的外用建筑涂料产品上市大约要花5～7年时间,并且大多数的管理文献认 为这样的时间太长了,没有竞争力。?

似乎这还不够似的,法规团体成了我们生活中最具影响力的组织,并不断推动我们放 弃较老的技术以便采用更适合社会要求的新技术。这使得我们不断增加对于这样一 些技术的关注,它们只能在有限的范围及时间内采用,结果我们面临的风险高于以往 。而且,由于我们的社会变得越来越爱打官司,因产品设计或制造中的差错而招致惩 罚和赔偿的情况也在持续上升。?

因此,开发一个上市新产品所需要的时间变成了一个关系重大的竞争问题。多年来研 究和测试产品是否适合市埸需要所采用的概念和模式在经济上不再是可行的了。最 重要的是我们要找到一些可靠的方法,以短期的实验室试验为基础来预测新产品的性 能和使用寿命。直到现在,这一点在涂料工业方面还远未获得成功。?

质量的压力?

除了时间的压力之外,还有我们的客户在要求我们努力为他们提供更高质量的产品和 服务,缩短我们对客户需要的应答时间。对实际应用来说,质量可被看作是由三个要 素组成的:?

适合程度:优质的产品是要满足客户的需要。但未必是现有性能最高的产品或者是 相当于市埸上竞争对手的那些产品。?

皮实程度:产品在使用中所处的条件变化很大,对客户来说,希望该产品在设计上足够 皮实能适应这些条件的变化,保持其应有的性能不变。?

持久性:持久性在这里意思是在时间上不会出现性能的变化,从大多数人的观点来看,这是 质量中最重要的部分。这就意味着没有一个产品作了改变而不引起注意和牵涉到客 户的。?

这两类压力形成了我们今天所面临的工作目标。?

(1)所提供的产品应适合它用途的要求,在适应其应用环境方面具有足够的皮实性 ,并且没有不应有的缺陷或副作用。?

(2)快速提供客户所需要的产品,同时公司能有足够的利润以便继续投资和进一步发 展。?

作者认为,在过去的三十年中,涂料工业为满足各方竞争的需要在发展技术方面已做 出了可喜的成绩。然而,在改进工艺过程管理的方法上还很少获得成功。本文下面要 讨论的是,为快速获取市埸的主要障碍在于我们今天控制风险的方法上,如果按照不 同的方式来处理风险,我们就既可加快开发速度又可减少风险。?

2 风险的度量 ?

风险的识别?

研究表明,人的风险识别力可能完全不同于对风险的分析评价。人们感知风险的能力 似乎与他卷入造成这一风险的决策过程的程度成反比,并且卷入越深,使之感到意外 的程度越大。例如,接受决策的人看待该决策的风险要高于参与制订这一决策过程的 人。对自己处于风险中感到惊异的人会认为这风险更大。此外,具有灾难性潜力的风 险常被认为比那些要在一个较长时期才能展现其危害的风险更严重。例如,普通公众 认为核能的风险远比香烟烟雾的风险大得多,即使占压倒优势的事实证明正好相反。?

使事情变得更麻烦的是,上述这些判断显示,似乎人们对任何与自身看法相反的科学 证据都无动于衷。例如,许多人把风险与后果混为一谈,认为在给定的环境下没有事 故就盲目地认定风险是不存在的或是言过其实了。?

公司把相当多的精力用于去发现一个决策中或是一项活动中固有的风险,并制定一些 应急计划去处理可能出现的问题。没被发现的风险失去了这种机会,因此,当事故发 生时,会令全体员工大吃一惊,而且没有现成的应急措施。人们对意外情况的共同反 应是犯了错误,并且可能把这个问题与他们在努力纠正这一问题时更多的错误搅在 一起。这样就有可能将一个小问题逐步演变成一种严重的局面,使一个公司处于被动 地位。因此,未被发现(不明确)的风险要比已知的风险糟糕得多。?

以稳健的态度对待风险?

商业风险涉及的可能是某一决策将造成对公司财务的危害。(这里没考虑道德伦理 上的问题)。无论从出现的频率和实际影响的大小上,商业风险最通常的形式是一个 业务决策得不到它所想要的利润率。产品的责任风险对今天的公司来说实际上没有 问题,因为公司花了大量的力气去避免和防止不希望的严重事故发生。本文只局限 在与产品损坏有关的问题上。?

最近一个问题可认为是关于风险的一个好例子,汽车制造厂一直采用底色漆/清漆的 配套技术。从1985年到1990年间在美国制造的几千万辆汽车和卡车就是用这种新工 艺进行涂装的,随后发现,漆膜出现了脱皮的问题。修复这种损环的价格可能远远超 过十亿美元。这个问题是,这种新体系带来了新的损坏(底色漆和清面漆之间的脱层)。?

尽管小的企业公司有一种愿意承担大风险(并接受同等比例的事故率)的倾向,但大 公司则明确地反对风险,特别是那种具有潜在灾难性危险的未知风险。这些机构中的 领导和研究人员在他们的职业生涯中早就懂得将他们的公司置于未知风险之中,会断 送掉他们的事业。?

除了专门的经济索赔之外,还有一种风险是,产品的质量事故会损害公司的信誉,致使 客户转向自己的竞争对手。因此,在必须付出一大笔索赔之外,还有可能失去整个市 埸。?

产品损坏的实际根源?

可靠性理论的由来:在第二次世界大战结束时,世界上的军事机构都十分关心这样一 个事实,即没有人能将他们在使用中的装备完好率随时都保持在50%以上。其余的都 要撤下来进行维修。由于我们同时进入了导弹和电子时代,这种完好率的统计结果更 糟。对于一枚导弹来说,两次故障的间隔时间(typical time-between-failures)只 有几天,并且只有总数10%的装备可做到随时操作运行。这就导致许多大国为了改进 复杂军事装备的使用寿命而着手实施大规模的军事计划。?

与此同时,民用方面也开始注意到类似的可靠性问题。在英国飞机制造厂DeHaviland ,因它的首批邮政WWII商用喷气飞机遭受多次灾难性的坠毁事故以后,波音公司认识 到,民用航空工业市埸除非其可靠性问题得到解决,否则将受到严重的制约。他们开 展了一系列质量和耐久性的保证计划,达到了在世界航空工业市场中优先选择他们的 装备的目的。而且在最近的四十年中这种优势一直保持到今天。?

由于这些早期的研究结果,三个问题已清楚地显现出来:?

(1)材料、元件和系统极为复杂,使之愈加容易出现故障(因为任何元件的故障都会造 成整个系统的故障);?

(2)我们的集中思考形式被限制在如何用统计的方式来处理这些问题;?

(3)我们没有有效的方法来测定或处理风险。?

这第一个问题是生活的现实问题,而第二和第三个问题已酝酿形成了可靠性理论。?

运用可靠性理论处理高度复杂的系统已取得显著成功,并在电子、航空、核能和医 药工业中(除军事工业之外)获得了令人难忘的成绩。在过去的十年中,已有少数研究 人员尝试着将这种方法应用于涂料领域,但是正如本文所写的,涂料工业还没有将这 些方法利用到有任何实际意义的程度。?

产品损坏的根源:通过收集和绘制多年积累的大量损坏数据,可靠性理论显示,大多 数材料、元件和系统的损坏是按三种损坏模式之一进行的,主要取决于该产品的老化 程度。?

(a)在材料寿命的早期,出现故障的频率高,但随着老化程度的增加而迅速降低。这 类损坏通常称作婴儿死亡率(生物学的)或老化(电子工业的)损坏。这些早期的故障 可能是由设计上的毛病或制造的误差造成的,但更多的是与材料在装配或施工过程中 出现的毛病或缺陷有关。例如,在涂装前处理底材留下的缺陷也许更是造成外用建筑 涂料损坏的共同原因。大多数的产品责任索赔都出现在早期。?

(b)在一个短暂的时间之后,危险率降到一个低水平,并在此状态下保持一个相当长 的时期。在这个期间的损坏通常与事故损坏有关而不是材料本身的毛病。对建筑涂 料来说这包括风暴的破坏、建筑事故以及常规的磨损等(这是为什么可修补性是建筑 涂料一项重要的性质)。在这个时期很少有产品索赔的事件发生。?

(c)所有的材料都有一个共同的特性,即它们都会因损伤的累积而最终毁坏。这种损 伤的累积是许多细小的损伤事件累加的结果,每一次都小到不足以造成破坏,并且常 常不容易察觉到。材料在长时间使用之后,由于磨损作用累积了足够多的损伤而开始 损坏。而可能这类损坏才真正代表了所谓的材料概率寿命,它表现为材料的危险率持 续增加。很少有产品由这个阶段引起索赔,因为公司把注意力和常规的产品检验都特意 集中到了这个问题上。?

假设能完好地使用到时间t,则危险率被定义为在随后的时期内出现损坏的条件概率 。当用危险率对时间作图时,这三种损坏方式的全图便会呈现为一个浴缸的形状(见 图1)。?

这种危险率的曲线图可用来说明有关使用寿命问题的三个定义:?

(1)一已知情况下的风险与其在A时期内出现的早期损坏的数量和性质有很大的关系 。?

(2)一种产品如果不出现早期故障,则可被认为是皮实的。?

(3)这种产品的常规使用寿命,如果没有意外事故或使用不当,则可定义为B时期的终 结。通常把这称作某一产品在一已知环境中使用的能力。?????????????

图1、危险率与产品总寿命的关系曲线 ?

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图2危险关系的实例,每一亿英里?的死亡事故中驾驶员的死亡人数



图2列出了一个现实生活的例子。就交通死亡事故率与司机年龄的关系来看,在司机 年龄较小时(由于判断力差和缺少经验)死亡事故率高,在几十岁的年龄段则很低且保 持不变(只是偶有意外),在老年段事故率又会上升(由于反应迟缓)。B型的事故率被 认为是“正常的”或称基本事故率,缺乏A型和C型的特殊情况。

处理风险?

多年来,许多公司研究出种种办法来尽量减少经营活动中固有的风险。他们一开始仅 承担一些中等程度的风险,接着进行全面反复的检测、审核和平衡,以求确保没有大 的风险是未被认识、未引起怀疑或未经量化的。决策常常因努力去开发更多的信息 以减少风险而被延误了。事实上,一个公司要尽可能快的唯一最大的决定因素是由如 何处理风险的方式确定的。(化学家称之为“速度制约步骤”,策划者称之为“关键 路线”)。因此,如果想要在产品的开发周期中大大缩减固有的成本和时间,那么首要 的是应找到各种节省的方式来处理风险。?

处理产品风险的角色自然就落在了研发人员的肩上,因为他们研制了该产品,并且有 手段和技术完成详细的测试及风险要素的定量分析(因为长期从事工艺过程的设计) 。遗憾的是,研发人员往往认为这种降低风险的工作(原本属于他们工作的一部分)会 干扰他们设计新产品的“真正”使命,这种错误概念可来自于一般的员工也可来自于 研发管理部门,尤其是当他们对整个风险处理过程未完全理解时更是如此。?

研究开发工作处理的潜在故障包括:?

·不能生产出所期望的产品;?
·产品未能满足最初的期望;?
·产品在使用中损坏,以及?
·研究开发工作控制之外的故障(不适当的施工、假冒产品、底材的质量差、底材 的处理不合格、涂层的道数不够等)。?

表1列出了在试验中所提出的问题。它清楚地表明:在产品的开发过程中,研究开发 工作的效力比效率更重要,因为世界上没有一种效率能对一个不合格的目标进行校正。?

表1、在试验中提出的风险 ?

A.产品(配方)设计

1.液态涂料

  a.罐装稳定性(搁置、加热、运输、滚动):程度变化、脱水、结粒、结皮、结块、粗? 粒子、颜色不均匀、沉淀、罐中生锈、施工或外观性能改变。

  b.施工性能:雾化、飞溅、流平、润湿、缩孔、针孔、缩边、流挂、滴淌、? 失光 、 堵塞喷枪、漆膜的均匀性、设备的清洗、遮盖力?、 颜色、辊涂和刷涂的效率、拉 刷、厚涂性

2.固态漆膜

  a.漆膜的耐久性

    1.机械损伤:冲击、划伤、磨毛、磨亮、擦洗

    2.光降解作用:粉化、失光、变色,外观变化

    3.保护性能损失:磨损、长霉、起泡、脱落、开裂

    4.硬度:发粘、粘尘、抗污、去污

  b.外观:颜色、光泽、平整、遮盖力、均匀性、发粘、抗污和去污能力、耐水、耐化 学品

B.工艺设计

  (1)不能按比例计量

  (2)不能生产

   (3)缺乏再现性

  (4)原材料的问题

  (5)要调整批量

  (6)不合格产品再循环/再加工的成本

  (7)不合格产品不可回收-处理成本

  (8)产品撤销

   (9)一次成功:对生产率、制造成本、生产能力作出大贡献 ??




当今产品开发的议定书 ?

提示:在产品开发以前,研发工作必须先有一个正在进行的配制和检测的程序,以便 从各种不同 的原材料和现有技术中提供可供选择的方案。这种开发方案的选择是一 个关键步骤,必须先于产品的开发,而且会在数年到数十年的时间内造成影响。?

作为当今开发和测试过程的一个例子,让我们来考察一种工业和住宅建筑外用的新 型建筑涂料的开发工作。这种方法包括若干连续的步骤,用一种循回反复的方式直到获得成功:?

(1)对于一个新产品,市埸规定了一个目标成本和均衡的性能。这通常是对一个特定 市埸机会的快速回应。时间尺度:数小时到数天。?

(2)研发工作通过早期开发的选择方案加上在该公司以前配制涂料的全部经验来研制 初步选定的涂料品种。只有进行足够多的测试才能确定是否在规定的成本范围内获 得了所需要的各种性能。时间尺度:数星期。?

(3)接着进行扩展配方研究,以保证在规定的成本范围内同步获得200个以上的参数, 这其中通常要包含大量的重复工作。时间尺度:几个季度。?

(4)开始在试验场上进行扩大样板的曝晒研究,包括不同的方向和地区,以确定候远的 涂料是否能经受天然老化的过程,同时进行加速老化试验,以建立一个可比的基础数 据。在这一步有可能出现意外的结果,通常与偏离已知系统的程度成正比。时间尺度: 数年。?

(5)继续进行配方研究以改进该涂料的施工性能(液态)和外观,并校正在这一步所暴 露出来的固态漆膜性能的不足。时间尺度:数月。?

(6)在完成一到二年的户外曝晒和大量加速试验之后,涂装若干试验房子,以考核该研 制产品的实际施工及性能。这可以暴露许多皮实程度方面的不足,需要进一步作配方 修正,接着再进行测试。时间尺度:数年。?

(7)在房屋试验结束时,将该工艺按比例扩大到生产规模进行批量生产,并将产品在一 个较窄的地区内试销,这样可在走向商业化的过程中使用风险得到控制。在这个阶段 在各种条件下皮实程度不足的许多问题都可以 暴露出来。时间尺度:几个季度。?

(8)当试销成功地结束后,该产品便可大张旗鼓地推向市埸了。?

这一过程的总周期大约是5～7年,并可用图3来描述。这里我们以获得(降低风险)的 相对信息量为Y轴,以时间为X轴作图。该图按累加功能绘制,一阶段加到前一阶段的 结果上。决定是否进入下一阶段的意见是由前面对风险进行的讨论所支配的。?

读者应该注意到,在当今的产品试验议定书中,通常我们要创造这样一种试验环境,即 所有被试验的油漆都是胶态分散的稳定液体;所有的油漆都被施涂到适当处理过的底 材上;所有的油漆都被正常地进行施工;并且所有的漆膜都完全形成(融合)了。换句 话说,由于本着“检验各个变量”的精神,有关油漆皮实程度的许多问题都被排除了 。?

我们还应该注意到,尽管通过试验降低了风险,但这可能只是在现有知识和经验的范 围内做出来的。由新技术带来以前不知道和意料不到的损坏模式可能会在整个这样 的开发过程中未被觉察到。因此,最大的风险几乎总是落在了新技术上。然而,法规 和竞争则无情地将涂料工业推进了新技术中。

3 我们怎样才能节省时间 ?

再来看看图3,每一步都表示一次知识的飞跃,而且是逐步叠加的。在初次飞跃以后曲 线出现平直部分的这种趋势常常被称作到达了收益递减区。图4说明,设法减少收益 递减区的面积,可使整个开发过程进展得更快。笔者进一步指出,在实验室里来处理 皮实性的问题,可能会节约更多的时间。?

图3、产品开发的不同阶段?所获得信息的累加值 ?



一个快速周期的例子?

也许描述怎样才能节省时间的最好方式是列举具体实例。最近我自己的公司陷入了 一种极端困难的局面,一家供应商宣布,将中断一种关键原材料的生产,我们有一半的 产品都要用到这种材料,其中包括几乎所有的外用油漆(总计175种产品)。该供应商 通过贮备这种原材料来帮助我们,再加上我们自己工厂贮备的成品,这样我们就能获 得18个月的缓冲期,在这段时间内,我们必须完成整个这种受到影响的产品的转变工 作。?

传统的见解认为,在给定的这样一个时间框架内,要完成这项任务是不可能的。但是, 如果把注意力都集中在皮实性的问题上,并尽量减少收益递减区中的时间损失,我们 便有可能在18个月内完成这项任务。这还需要在整个非常时期内将全部人力包括某 些临时雇员都转移到这项任务上来。尽管笔者肯定不会推荐把这种类型的危机处理 来当作一条生路,但这一经验无疑表明,在不损害质量的前提下,存在着多条经济的努 力途径。下面来讨论我们是如何完成这项任务的。?

目标:最重要的一步是明确商业目标,因为再多的努力对错误的路线都是无益的。仔 细地将每一个重新配方的目标规定为制造出一种适合的替代配方来。我们努力来阻 止我们的使命滑坡走样。只有极少数是例外,即那些在现行市埸上不再有竞争力的现 有产品。?

使之自动化,使之自动化,使之自动化!在所有的时间里,我们抓住一切机会去节省时 间,并通过使手工操作程序自动化来提高精确度。使操作程序合理化以提高自动化过 程的速度。由于提高了精确度,可省去需要多次重复试验来排除高的实验误差,因而节 约了时间。?

能力:我们在处理外用耐久性问题时,只是挑选那些候选的替代材料,而这些材料又 都是已被供应商证明是耐久的。也就是说,我们接受了它们关于能力的结果,本文在 前面已对能力作了界定。由于我们的配方工作不用担心会损害产品的耐久能力,所以 我们实际上只是自己在加速耐候装置中进行对比检查,该装置包含有紫外光和冻/融 循环(有通过湿-冻-融-干循环模拟开裂倾向的优越性)。我们发现,在六周内,便可 检测出直接涂在木材上的漆膜的光化学性或耐开裂性有任何显著的降低。事实上,在 聚结剂用量的选择中,已证明用这种方法比用传统的最低成膜温度试验更灵敏。通常这 种测试的结果与扩大试验的结果是一致的,因此它不会增加该计划“关键路线”的长 度。在开发过程中万一因损坏而不得不返回再作循环的这种风险要远远大于因成功 而获得速度上的增加。?

方便:获取第一个成功的候选材料:我们花不起时间去考察所有现成的替代材料,并 且去从事冗长的对比评价工作。而是根据我们现有的知识将候选材料列成一份清单,并 把注意力集中在确实需要的一个小范围内。然后我们找出能在合理的成本范围内满 足我们需要的第一个候选材料来。?

就我们的情况来说,我们是用数种替代品来取代已中断供应的材料,每一种替代品都 是在适合自己选择的条件下使用的。我们不花时间去寻求单一的产品,而是学会怎样 才能在以前应用的同一范围内配制出涂料来。只有在一种情况下我们才不得不放弃 第一次选定的候选材料而采用第二种,那就是由于缺乏性能上的宽容度和皮实性,这 一点按照我们的实验议定书很容易检查出来。?

关键性质:单一产品的全部试验要涉及大约200项性能的研究,至少需要6个月才能完 成。而这还不包括提供户外曝晒。因此我们决定把注意力集中在大约12项性能上, 而这些性能构成了我们的关键筛选性能清单(见表2)。这个清单被用于开发具有关键 性能的试验性配方。对一个配方者来说,在这一过程中要经过大量的配方反复是常有的 事。 ?

表2.关键筛选性能清单 ?

漆膜性能:

    不透明度(1.5和3密耳厚度的对照比)

     光泽(所有角度)

    颜色精确度(是否是生产的颜色)

     对光滑和粉化表面的湿附着力

    耐水性(软化、起泡、发白)

在罐中的性能:

    粘度(在各种剪切率下)

    罐装稳定性(在恒温箱、辊筒上、和脱水的情况下)

    颜色的接受能力(大多是调色基漆)

施工性能:

    低温成膜性(40°F)

    施工性能(刷、辊、无气喷涂)

     修补性能(第二天能涂在前一道上)

成本(在限定的范围内) ?  

完整性:一当我们通过关键筛选性能开发了一个成功的候选产 品,便立刻着手 扩大到约50项性能的考核,以作为完整性的试验(类似于表1)。这项工作通常会在定量上、 添加顺序上,有时用一种替代的材料进行取代等方面得到改进。在这一阶段会出现大 量的重复工作,作为一个配方工作者,需要综合平衡各种具有竞争性的性能,并保持在 合理的成本限额内。?

调色配方:我们销售的所有油漆中,有80%是以某种方式调色的。其中有一半是在仓 库调色的,另一半是在工厂预先配好的。所以我们利用自己的颜色系统部(Color Syst ems Department)来检验实际的颜色(生产的颜色),或在进一步调色之前调色基漆对 颜色的接受能力。当获得颜色接受能力的数据以后,便可开发出调色配方来,并且对 每一种新的调色基漆都要进行100%的检验,因为它们调色的配方已不同于原料替代以前的产 品。?

按照普通的方法,这种颜色调配方面的工作任务,对每一种基漆来说需要花大约6人 一个月的时间,我们能将这压缩到2人一个月,以后又进一步压缩到大约2人一周。 我们能实现时间上的一系列压缩是因为购进了自动填装和调色设备,开发了描述调色基 漆的校正软件和用于电子配方记录的校正软件,并且改进了描述调色基漆的实验室方 法。我们认为,通过对颜色软件再作些重要的改进,还有可能将时间进一步压缩。?

大师

第二部分

施工试验:经验使我们认识到,新建筑涂料早期故障最普通的形式是在施工性能方面。 因此,在鉴定验收的过程中我们要求由一个无偏见的团体来作施工试验。幸运的是, 我们公司里有人曾经做过承包商的工作。他们愿意就液体涂料的施工性能给我们作 一个正直的评估。因此油漆在进行扩大试验以前其施工性能必须得到他们的认可。 在这里花1～2天的时间,以后在现场试验中可节省几个月。?

扩大试验:在该计划中开发的所有产品都要由我们在三年前创立的工艺开发部(Proces s Development Department)系统地进行扩大试验。该部采用一台装有各种仪器的高 速混合器,可批量处理1/4加仑到10加仑的油漆。通过在加工过程中监测扭矩和消耗 的功率,加上大量的直接观察,可使在5加仑的试验水平上所作的修正,能确保成功地 在1000加仑的水平上进行生产。在工艺、产品开发和生产人员之间进行大量的讨论, 以确保工艺调节校正实现常规生产而不损害产品的基本性能特征。?

在这一阶段,对配方者来说,多次反复是常有的事。我们估计,根据扩大试验的结果, 有大约一半以上的配方需要调整修正。但可喜的是,扩大试验阶段的成功通常会给生 产制造带来成功。在1996年对这一步骤的评价显示,从扩大试验到生产的成功率为90% ,其中45%是一次成功;45%只需要作一项调整(最典型的是粘度);10%需要回炉进一步 作工艺开发(或产品开发)。在贯彻这种工艺开发步骤以前,投产的成功率只有20%的水 平。我们估计,这种扩大试验的方法为我们节省了几个月的时间,数万加仑的油漆,而 扩大的工艺研究一般只需要几天时间(比单纯校正未获成功的生产批次所耽误的时间 少得多)。?

首批生产:第一批工厂生产总是要由工艺开发部派人监控的。如果可能他们要接着 先做三批以确定我们的工厂能够按照配方生产这种产品,证实在这期间不会出现生产 不稳定的现象。第一批生产的产品被用作“Beta”试验。?

Beta试验:仿效日本的做法,仪器工业采用的惯例是在产品交付商业化生产之前,要 作“Beta”试验。他们的术语是,把到现在为止的所有实验室的试验称作“alpha” 试验,而(按涂料的说法)房屋试验、现场试验和试销加在一起称为“beta”试验。区 别在于“alpha”试验是掌握在我们的手中,而“beta”试验则掌握在我们客户的手 中。?

直到一个产品交到客户手中正常使用为止,所有关于其皮实程度的试验都不可避免 地带有片面性。原因很简单,人们进行试验是为了控制各种可变因素和风险。只有当 现实的人在现实的环境中用我们的产品时,才能确切地弄清楚在皮实性方面是否有问 题。当然,只有那些值得做的试验产品才会进一步深入试验。客户通常只测试产品的 特性,而不做基础性能试验或能力试验。?

我们用各生产线的关键性产品来涂装试验房子,推论它们的性能应当能代表该生产 线的其余产品(因为设计上是类似的)。因为在实验议定书中我们将注意力集中到 了皮实程度的问题上,所以在这一试验阶段中遇到的问题相当少。按照以前的议定书, 我们的新产品根据这一阶段试验的结果,大部分都提出需要重新设计和受到指责是常 有的事。?

有决定意义的纪律:为了确保任何事情不因管理上的毛病而导致失败,我们制定了有 决定意义的三个正式文件系列:(1)为扩大试验作好准备;(2)为第一批生产作好准备;( 3)为长期生产和商业化作好准备。每一步都需要有各负责部门的签字(并且需要拿到 该文件以后)才可进行下一步。这样可消除许多为常见的疏忽而寻找借口,尽量减少 因等其他的人去完成他所分到的任务而花费时间。?

事后评价:在18个月中开发并商业化了175个产品,只有10个产品需要将它们全部反 回去重新作产品开发,一个产品在现场实验中出现毛病。与我们以前的试验比较,这 意味着显著降低了风险水平,同时产品开发周期削减了一半。?

4 我们如何才能节约更多的时间? ???????????????

图4,通过缩短收益递减?的周期可节省时间 ?



图4说明,产品开发的时间框架可通过策略的变化大大压缩,而这些策略都是用来减 少知识曲线中的平直区的,正如本文前一部分所讨论的。然而,有一些更实质性的改 进是可以做的,只要我们愿意投身去开发改进实验方法,改变某些传统的角色和涂料 工业中的各种关系。?

改进我们的实验方法?

1996年Martin等人发表了《预测涂料系统使用寿命的方法论》作为涂料工艺联合丛 书中的一个小册子。该小册子叙述了,为了可靠地预测涂料的使用寿命需要补充研究 的一些关键问题。这些问题同时形成一个议程,即联合工业-政府进行关于有机涂料 使用寿命预测的合作研究。这项工作由他安排在国家标准和工艺研究院(NIST)。下 面是对出版物中提出的某些关键问题的概述。?

损坏的量化:要获得试验方法之间的对比关系的一大障碍是应用不精确的数据,常常 以判断等级为基础(即ASTM的10级制)。NITS正在用映象分析法将绝对数值应用于肉 眼可观察到的损坏测量上,用仪器法来确定不能直接看到的损坏数量(即用红外映象 法来观测漆膜下的腐蚀)。这样已经显示,明显提高了结果的精确度,增强了观察因果 关系的能力。?

缺乏重现性:不管关于这一主题的论述有多少,涂料工业仍然坚持采用缺乏重现性的 结果。实验表明,为了获得相同的精确度必须重复20～30次,像一个无穷集(图5)。???? ???????

图5,重复次数对曲线?拟合误差的影响 ?



然而,为了可靠地重建数理上的整个积分分布曲线(图6),该实验只需进行到20%～30% 的重复破坏就可以了。这样预先额外工作的数小时便可节省数个月的时间而获得同 样的结论。?由于我们对早期故障的原因感兴趣，因此我们也应将注意力从实验结果的微分 分布(钟形曲线如图7)转移到积分分布上来(S形曲线如图8)。钟形曲线把注意力集中在总体 的平均性能上如预期寿命的测量,而将极限数据看成是一个无关紧要的“局外人”。 ????????????

图6,早期终止实验加曲?线拟合法可节省时间的实例 ?????????? ????



图7,重复结果的微分分布曲线 ?



然而，造成大多数产品索赔的实际上正是这些“局外人”(早期故障)。图8中的虚线代表所 希 望的目标:消除了早期故障的起因,也等于有效地增加了平均使用寿命。????????? ??

图8,重复结果的积分分布曲线

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寿命试验分析:开展实验室的试验,可靠地预测实际环境对涂料的影响,就必须首先确 定引起降解的环境因素,然后通过剂量-应答 关系量化这些因素。尽管过去的研究使 我们能够很好的定性理解在老化过程中引起降解的各种因素,但是无疑还缺乏定量 的了解。?

例如,我们已经知道,油漆在外观性能上的损坏是由于阳光中的紫外线部分引起的光化 学降解的结果。但我们需要紫外光谱方面的信息，包括自然环境中的紫外光谱以 及涂料的剂量-应答降解作用与波长的函数关系。图9说明了这一点,它显示,在各个 波长的实际破坏光谱(“作用光谱”)是三个因素的乘积,即(1)阳光的数量,(2)被吸 收光线的分数和(3)所吸收的能引起降解的光线的分数(“量子效率”)。???????? ??????

图9.聚合物降解与UV波长?的函数关系(又名“作用光谱”) ?



Smithsonian Institution和NIST合作开发了窄频带宽度监视器,该监视器会 将自然阳光中的紫外光流与时间和波长的函数关系进行量化。?

我们还需要知道,光化学降解与温度和湿度的相互作用是以一种连续过程,或是一种阈 值现象(即必须达到一个最低水平才能观察到某种效应)进行的。完成这项工作的议 定书已由Martin等人和U.S.Global Climate Research Program of the National Sc ience Foundation提出了。?

我们知道开裂行为可以通过环境变化(热/冷、冻/融、湿/干)的循环而模拟出来。 但我们需要更精确地知道温度、湿度、循环的频率对这种行为的影响,以便建立起有 意义的实验室试验。Rychtera指出,用这种方法来控制电子设备在有害环境中的损坏 获得了成功。?

与户外曝晒结果的对应关系:当然,要制定一项实验室的试验与自然气候有对比关系 的工作议定书的最大障碍是气候本身是不能再现的(见图10)。

图10,地面上长期光谱紫外光流的变化图

?

“说实在话,人们在过去几个世纪中如此精心地研究的几乎一切事物,只不过是给 一 个极其庞大复杂的系统多加了一点随机噪音,它仍然充满着噪音和狂暴,意味着什么 也没有。”? \

一个相同的虽然不简明的结论由National Research Council在他们1995年关于“ 气候的易变性”的报告中提了出来。?

可靠性理论提出了解决这一问题的办法,该理论指出,出现损坏是由于细小破坏累积 的结果。因此,用于比较的真正尺度不是时间,而是累积的破坏事件。一定数目的破 坏事件(不管是一定波长的光子,还是冻/融循环次数)引起的降解程度应当相同,而与 它们的来源无关。这就意味着,必须在实验室和自然环境中进行监视,确定在每一个 观察间隔所发生的破坏事件的数量。?

改变传统的角色和各种关系 ?

曝晒(样板、架子)试验的角色:对本文的作者来说,户外曝晒试验所起的作用应当是 确定产品的概率寿命,而不是开发(油漆)产品的作用。曝晒试验应由供应商来做,以确 立他们的产品在控制条件下的能力。这种试验也应当由油漆公司来做,建立他们自身 能力的一个纪录,判断它是否经受得起各种损坏作用。但是可以说曝晒试验对施工应 用中的皮实程度几乎不起什么作用。因为所控制的过程太简单,产生结果所花的时间 太长。实际上在实验室进行皮实程度的试验要比户外曝晒试验更适合些。?

实验室试验的作用:只有在做了寿命试验分析以后,才可能建立和进行有意义的实验 室试验。我们需要对试验室的试验方法大加修改,这既包括仪器设备上的也包括程序 上的。所开发的仪器要让我们能够确定光降解的程度与波长的函数关系。疲劳试验 一定要能测定在循环应力过程中(热/冷、冻/融、湿/干)保持机械完整性的程度。微 生物污染试验一定要能测定抗性的衰退与老化因素的函数关系。所设计的试验必须 要能模拟在曝晒过程中“灰尘”(和生物营养素)的累积。所有这些都需要适应它们 自身之中可能存在的相互作用,或者是它们与其他自然因素如温度和湿度之间的相互 作用。?

供应商的作用:按本文作者的观点,油漆原材料供应商的角色应当是提供基础研究, 告诉我们：?

·他们产品的能力以及含有他们产品的成品的能力。?

·当他们的产品与油漆成品中常用的所有其他成分一起混用时的皮实程度。?

军队早在60年代就与它的供应商开始了这样一种关系,其成果之一就是将手册中所有 电子元件的可靠性制成表格。?

5 最终的一些想法 ?

通过识别和处理这种广泛渗透的风险,避免它遍及整个机构,不仅可以大大节约获取 市埸的时间,而且与现行的实验方法相比还可以降低总的风险水平。(表3简要列出了 常规方法与可靠性基础方法在产品开发过程中的相对优势)。?

表3,常规方法与可靠性基础方法的比较 ?

项目  常规法  可靠性基础法  
初期工作 一般  很重要  
重现性  低 高
试验时间  长 短  
使用寿命的信息  有限  实质性的  
早期故障  不清楚 定量的  
风险的认识 没有  有  
今后的方向  指出  明确


要实现这个目标,需要实实在在投入力量不断训练公司的全体员工以便实现某些基本 的转变。?

·研究开发必须与公司的其他职能充分地一体化,以便有效地发挥各种职能的作用( 因为各种职能的时间尺度不同)。?

·研究开发必须学会将风险问题有效地传递到公司的其他部门。?

·公司中的其他职能机构必须学会如何去参与风险的处理过程。失败将不利于产品 开发周期的缩短。




“今后,将不是大的公司吃掉小的,而是快的竞争对手吞没慢的。”?

童心

不错,学习了.

cao0037

厉害,学习了,不过现在还有多少是真正做这些东西的:(