可靠性的歷史與今世

可靠性的歷史與今世

早在1985年的時候，中國航空工業(yè)界為了搞殲十飛機(jī)研制，在當(dāng)時大部分人都不知道可靠性是什么的歷史背景下，航空工業(yè)仍然開始全面引入可靠性工程。這是值得回味的一段奇。

中國制造2025與可靠性

《中國制造2025》有三段話跟可靠性有關(guān)系，一是加強(qiáng)可靠性設(shè)計、試驗(yàn)、驗(yàn)證技術(shù)的研究和應(yīng)用；二是推廣先進(jìn)的在線故障預(yù)測與診斷技術(shù)及后勤系統(tǒng)；三是國產(chǎn)關(guān)鍵產(chǎn)品可靠性指標(biāo)達(dá)到國際先進(jìn)水平。不過規(guī)劃里并沒有說國產(chǎn)關(guān)鍵產(chǎn)品是什么。去年12月中旬習(xí)近平總書記剛到徐工集團(tuán)考察，這是中國工程機(jī)械行業(yè)里的老大，全球排名第八位。其可靠性工程已經(jīng)有了相當(dāng)扎實(shí)的工作，這是從大到強(qiáng)的關(guān)鍵性一步，這反映了中國制造2025的一個迫切的需求。

中國制造2025的前二年，中國工程院組織的制造強(qiáng)國戰(zhàn)略研究的重大咨詢項(xiàng)目才有后來的中國制造2025規(guī)劃。在整個戰(zhàn)略研究里第三個課題叫制造質(zhì)量強(qiáng)國戰(zhàn)略研究，其中一個專題就是“我國制造業(yè)可靠性工程質(zhì)量強(qiáng)國戰(zhàn)略”。這個是把航空航天過去將近30年的可靠性系統(tǒng)工程的實(shí)踐總結(jié)提煉。

浴盆曲線

在可靠性領(lǐng)域的幾個關(guān)鍵概念內(nèi)涵，最為重要的概念就是浴盆曲線，任何一本可靠性教科書都會出現(xiàn)這個曲線，縱坐標(biāo)是產(chǎn)品的故障率，橫坐標(biāo)是產(chǎn)品的使用時間。這是從統(tǒng)計上反映出來的產(chǎn)品故障發(fā)生的規(guī)律。 

圖1 可靠性工程的浴盆曲線

第一個規(guī)律就是曲線的第一段，在早期使用的時候，故障率非常高，要經(jīng)過不斷的維修、適應(yīng)性的改進(jìn)甚至修改設(shè)計、工藝，把故障率降下來；

曲線的第二段，就是使用階段故障率應(yīng)該是很低的水平，而且還不應(yīng)該發(fā)生劇烈的波動，最好保持常數(shù)，長時間保持低的水平；

曲線的第三段，是表達(dá)低水平故障率保持到多長的規(guī)律。一般而言，保持到預(yù)期的使用壽命，過了使用壽命故障率又急劇增高。這是統(tǒng)計規(guī)律表現(xiàn)出來的。

但是當(dāng)產(chǎn)品從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上看到了浴盆曲線第一個階段的時候，即在用戶的運(yùn)維的過程中發(fā)現(xiàn)這個階段的時候，說明企業(yè)沒有對產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)可靠性管理，或者說當(dāng)出現(xiàn)了浴盆曲線早期故障期，說明可靠性工程實(shí)踐是失敗的。

第二個階段，如果在使用的過程中長期的故障率穩(wěn)定不下來，并且浴盆底的高度還很高，也說明可靠性工程失敗了。

第三個階段，如果使用時間沒多長就壞掉、不能再用、老化、疲勞、斷裂或腐蝕等，這些問題說明你的產(chǎn)品壽命也不符合要求，可靠性工程還是失敗了。

浴盆曲線可以折射出中國制造業(yè)的很多問題。

目前中國制造業(yè)的特征在這三個點(diǎn)上都反映了，第一產(chǎn)品投入使用初期故障率很高，第二久久不能把故障率穩(wěn)定下來，第三壽命還很短，所以這些問題交織在一起反映了企業(yè)的可靠性工程的實(shí)踐出了問題。浴盆曲線就是這么一個有關(guān)故障發(fā)生概率和統(tǒng)計規(guī)律的曲線。

故障六性

跟故障相關(guān)的產(chǎn)品的設(shè)計特性，主要包含六個方面：可靠性、維修性、測試性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性和安全性。 

圖2 故障六性

這些特性都不是中國學(xué)術(shù)界發(fā)明的，當(dāng)北京航空航天大學(xué)在1985年成立可靠性研究所、工程系統(tǒng)工程系的時候，國外這些專業(yè)詞匯在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界已經(jīng)產(chǎn)生了幾十年。

早在1991年，北航可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院的創(chuàng)始人楊為民教授提出可靠性系統(tǒng)工程的概念，是從如何推進(jìn)可靠性工作的角度提出的，最重要的是研究產(chǎn)品“故障的發(fā)生、發(fā)展及其預(yù)防和維修保障的規(guī)律”。

可靠性系統(tǒng)工程的理念在航空航天兵器艦船等軍工行業(yè)的實(shí)踐中不斷的在擴(kuò)展推動。現(xiàn)在武器裝備行業(yè)把這“六性”叫通用質(zhì)量特性，這是筆者在2006年的一份戰(zhàn)略咨詢報告中提出來的一個概念，把這些與故障直接或間接相關(guān)的設(shè)計特性給了一個概括性的說法。那么，可靠性系統(tǒng)工程就是圍繞產(chǎn)品保障規(guī)律組織管理通用質(zhì)量特性工作的方法論。 

圖3 可靠性系統(tǒng)工程內(nèi)涵

圖3從方法論上進(jìn)一步解釋了可靠性系統(tǒng)工程，就是在研發(fā)階段要進(jìn)行與故障相關(guān)特性的設(shè)計、分析、試驗(yàn)評價工作，同時還要做與故障相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計、分析、評價工作。

與故障相關(guān)的系統(tǒng)，則是指面向產(chǎn)品的使用維護(hù)和運(yùn)維階段，以前叫售后服務(wù)系統(tǒng)。沒有經(jīng)歷過正向研發(fā)過程的時候，我們的解決方案當(dāng)然是出了故障就要修好，這就是被動的維修服務(wù)，歸到售后服務(wù)系統(tǒng)里，即使是售后服務(wù)系統(tǒng)也需要主動去設(shè)計。后來的維修保障系統(tǒng)、BIT、ATE、中央維護(hù)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)、PHM故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)等，都屬于與故障相關(guān)的系統(tǒng)，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在技術(shù)熱點(diǎn)就是PHM系統(tǒng)。圖3才是完整的針對故障的研發(fā)和設(shè)計，這個就是可靠性系統(tǒng)工程最基本的理念。

可靠性發(fā)展歷史與工業(yè)史

 質(zhì)量與可靠性，是一對形影不離的雙胞胎，而且伴隨著工業(yè)化過程過去一百年的歷程。 

圖4 過程質(zhì)量檢驗(yàn)的發(fā)展史

第一個階段就是在大批量制造業(yè)出現(xiàn)的過程中。首先產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)。

說起質(zhì)量檢驗(yàn)的概念可以查到中國古代，一把劍鑄造的好不好，也取決于設(shè)計、制造、檢驗(yàn)，但那是手工業(yè)時代，所有這些事情可能都是一個人做。但是工業(yè)化以后批量生產(chǎn)就不一樣了，福特汽車在大批量生產(chǎn)時代，做的最有里程碑意義的事情，就是把質(zhì)量檢驗(yàn)從產(chǎn)業(yè)工人里面分出來，專門有一批人看著制造線上的產(chǎn)品，生產(chǎn)出來之后是合格的還是不合格的。這是真正的專業(yè)化質(zhì)量檢驗(yàn)，是基于專業(yè)化分工的流水線上的質(zhì)量檢驗(yàn)，質(zhì)量專業(yè)因此而誕生了。

質(zhì)量檢驗(yàn)又分為兩個階段，當(dāng)批量比較少的時候是全數(shù)檢驗(yàn)；后來，批量上來了，一年幾百萬輛車，零件上千萬個，無法全數(shù)檢驗(yàn)，統(tǒng)計的方法出現(xiàn)了——也就是抽樣檢驗(yàn)。這兩個檢驗(yàn)都可以叫做過程質(zhì)量檢驗(yàn)。過程質(zhì)量檢驗(yàn)的出現(xiàn)是質(zhì)量可靠性發(fā)展歷史上的第一個里程碑事件。

第二個階段可以稱為過程質(zhì)量控制。當(dāng)工業(yè)化發(fā)展到一定程度后，又出現(xiàn)新的問題，質(zhì)量檢驗(yàn)是產(chǎn)品生產(chǎn)出來之后才能對它進(jìn)行合格不合格的判定，會產(chǎn)生廢品，造成質(zhì)量損失。所以，這個問題就驅(qū)動人們思考：能不能在制造過程中進(jìn)行質(zhì)量控制，預(yù)防不合格品的發(fā)生，降低不合格率，這個就是過程質(zhì)量控制。統(tǒng)計過程控制SPC和六西格瑪概念方法就是這個階段產(chǎn)生的。 

圖5 質(zhì)量檢測和質(zhì)量控制的發(fā)展史

第三個階段是跟安全性有關(guān)。工業(yè)品出來之后，會發(fā)生很多事故。 

圖6 安全性的發(fā)展史

20世紀(jì)工業(yè)化進(jìn)程很精彩，人類產(chǎn)生很多偉大的發(fā)明，如蒸汽機(jī)、汽車、火車、飛機(jī)等，有人總結(jié)每一次技術(shù)的發(fā)明都為人類創(chuàng)造了一種新的死亡方式。這就是安全性問題。沒有汽車的時候，人類死亡方式最多就是被馬踢死了；有了汽車，就有了新的死亡模式，被車撞死了；發(fā)明了飛機(jī)，就有飛機(jī)事故。所以，安全性是伴隨著工業(yè)化要面臨的又一個問題，就是產(chǎn)品一定要安全。所以安全性在當(dāng)時也成為一個新概念。但人們很容易接受，很多時候大家都能想到安全，電氣產(chǎn)品如何安全，機(jī)械產(chǎn)品如何安全。這都需要有一套設(shè)計準(zhǔn)則，有一套嚴(yán)格的驗(yàn)證規(guī)范，政府也要監(jiān)督。

但是，像民用飛機(jī)這一類政府監(jiān)管的適航取證，則是只管安全性，不管可靠性?？煽啃詫︼w機(jī)安全有影響，但是安全性又有自己的技術(shù)范疇，安全的不一定可靠，可靠的不一定安全，這是兩個很有意思的概念。 

圖7 可靠性的發(fā)展史

第四個階段就是可靠性問題。第二次世界大戰(zhàn)德國人用火箭打英國的過程中，通過作戰(zhàn)運(yùn)籌產(chǎn)生的可靠度的概念，就有了可靠性的意識。到了50年代，美國正式誕生了可靠性工程專業(yè)。但是質(zhì)量這塊的發(fā)展也一直在往外推進(jìn)，從質(zhì)量過程的事后檢驗(yàn)到事前的過程質(zhì)量控制，到了60、70年代發(fā)現(xiàn)光抓生產(chǎn)過程不行，還要抓全面質(zhì)量管理，這就是非常經(jīng)典的“人機(jī)料法環(huán)”。 

圖8 可靠性與質(zhì)量伴隨著整個工業(yè)化進(jìn)程

可以這樣總結(jié)，過程質(zhì)量檢驗(yàn)、過程質(zhì)量控制是經(jīng)典的傳統(tǒng)的方法，70、80年代是全面質(zhì)量管理。在這個過程中，可靠性逐漸發(fā)展了維修性、測試性、保障性等概念。維修性指的是要好修；測試性指的是維修的過程中要能快速進(jìn)行故障定位、診斷；保障性指的是在維修診斷的過程中，要能夠提供足夠多的資源、備件、維修人員、維修設(shè)備、維修設(shè)施等。

伴隨著這些新概念的發(fā)展，國外尤其是美國，在可靠性概念出來10年之后，也就是1960s在研發(fā)過程中提出新的管理的技術(shù)叫工程專業(yè)綜合，后來發(fā)展成系統(tǒng)工程，到了90年代發(fā)展成并行工程，現(xiàn)在就是基于模型的系統(tǒng)工程，這些解決什么呢？解決可靠性這些概念融入到設(shè)計研發(fā)流程以及整個壽命周期流程的問題。

所有的這些特性都是要設(shè)計的。從上面的歷史可以看出，可靠性與質(zhì)量伴隨了整個工業(yè)發(fā)展的全過程，是工業(yè)化的主旋律。

中外工業(yè)發(fā)展史對比

在過去一百年整個國外工業(yè)化的過程，西方先進(jìn)國家的制造業(yè)平均十年左右遇到一類問題，然后去解決，就是這么按部就班發(fā)展起來的。中國的工業(yè)則呈現(xiàn)了不太一致的局面。

中國的工業(yè)化進(jìn)程，可以說過去一百年，在1949年之前中國幾乎沒有像樣的工業(yè)。新中國才有了工業(yè)化，大概又分成兩個階段，一個是改革開放前與改革開放后，所謂前30年和后30年。 

圖9 中外工業(yè)第一階段對比

在50年代，航空航天等領(lǐng)域的工業(yè)化過程有一個非常高大上的名稱：“測繪仿制”，非軍工行業(yè)可能就叫做拷貝模仿，或者干脆就叫“山寨”。這是一個發(fā)展中國家走向工業(yè)化的必由之路，而且是一個國家工業(yè)化快速發(fā)展的保障。德國當(dāng)年模仿英國也是這樣走過來的。沒有測繪、模仿或所謂的“侵權(quán)”，德國、日本和中國制造都走不到今天。

測繪仿制過程中沒有正向研發(fā)，只有生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理。中國工業(yè)化的前三十年還沒有批量生產(chǎn)，因?yàn)橹袊藭r還不是消費(fèi)型社會。消費(fèi)能力不夠的情況導(dǎo)致批量也很少，所以在前30年，改革開放之前的研發(fā)上，基本是測繪仿制，制造上是小批量，滿足不了人民生活和社會發(fā)展的需求。這是中國制造當(dāng)時的實(shí)際情況。這個背景下對于質(zhì)量可靠性的需求都很弱，這是第一個階段。 

圖10 中外工業(yè)第二個對比

第二個對比是，國外二戰(zhàn)期間和之后，制造過程的質(zhì)量控制、質(zhì)量檢驗(yàn)做的很充分，在上個世紀(jì)50年代隨著新的可靠性這些概念的出現(xiàn)，開始有了正向研發(fā)。美國軍工行業(yè)在50年代開始建立采辦程序，就是研發(fā)程序。中國以軍品為代表的研發(fā)也是改革開放之后1982年才開始，有了武器裝備研制程序。這個是一個非常有意義的歷程。而非軍工行業(yè)又比軍工行業(yè)晚發(fā)展20年左右。  

圖11 中外工業(yè)化對比全景圖

第三個對比是在80年代的時候。當(dāng)時國外的可靠性、維修性工程實(shí)踐了20多年，概念、方法全都有，但是效果不好，武器裝備的可靠性也很差。因此，在80年代美國國防部狠抓可靠性、維修性管理，制定很多政策文件。而此時，在1985年中國北航成立可靠性系統(tǒng)工程專業(yè)是，就是在發(fā)現(xiàn)美國人如此重視可靠性，而中國要搞新型殲擊機(jī)（殲十）的時候，對可靠性工程幾乎一無所知。在這個背景下，老一輩專家開始搞這個專業(yè)，在50歲左右的時候開始創(chuàng)業(yè)，建立了一個全新專業(yè)。正是這個高屋建瓴的遠(yuǎn)見才造就了今天的可靠性工程的枝繁葉茂。1991年軍工口開始提出可靠性系統(tǒng)工程，抓與故障相關(guān)的特性設(shè)計。通過近40年的發(fā)展，基本在管理的方法論方面趕上國外，而且有一定的特色。

小記

透過國外工業(yè)化發(fā)展的歷史和中外三個階段的對比——生產(chǎn)過程、研制過程和全系統(tǒng)全壽命的管理，可以看出可靠性系統(tǒng)工程的誕生背景。實(shí)際上，這些完全對應(yīng)了錢老提出來的“可靠性是設(shè)計出來的、生產(chǎn)出來的、管理出來的”。中國制造要從大國走向強(qiáng)國之路，企業(yè)必須狠抓質(zhì)量和可靠性。而系統(tǒng)工程抓可靠性管理是唯一的可行之路。

企業(yè)搞可靠性的切入點(diǎn)是什么？

成本倒逼！

在許多企業(yè)，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用能占到利潤的1/4，企業(yè)家有足夠的動力推動研發(fā)部門去搞可靠性。國內(nèi)非軍工企業(yè)，要做可靠性的起點(diǎn)都是基于這樣的倒逼機(jī)制。

那么，如何實(shí)施可靠性系統(tǒng)工程。大致可以歸納為八個要素，即指標(biāo)體系、組織形式、專業(yè)隊(duì)伍、工作流程、規(guī)范指南、過程控制、數(shù)據(jù)信息、技術(shù)集成。

八個實(shí)施要素

全面需求

第一個要素就是全面的需求，也就是指標(biāo)需求。共有七個方面，長壽命、高可靠、快診斷、能預(yù)測、易維修、好保障、要安全。這七個方面的要求在可靠性系統(tǒng)工程的技術(shù)體系里都有對應(yīng)的定量指標(biāo)，因此，可靠性并不是簡單的MTBF（平均故障間隔時間）。只有這七個指標(biāo)都滿足了，中國制造業(yè)才能真正是從大到強(qiáng)。

全面需求

這么多要求，企業(yè)如何做？首先要思考的是，所有的對策本質(zhì)上是故障和應(yīng)對應(yīng)故障的對策權(quán)衡，是研發(fā)階段放任不管，到運(yùn)維階段再考慮？還是在研發(fā)階段多投入，從而節(jié)省運(yùn)維費(fèi)用？這個節(jié)點(diǎn)的選擇，是需要權(quán)衡決策。

組織形式

第二個要素：組織形式。首先必須要認(rèn)識到，可靠性是一個獨(dú)立的專業(yè)。只有這樣，它才能得到重視。目前看上去國內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)先動起來了。例如，國內(nèi)風(fēng)電領(lǐng)頭羊金風(fēng)科技，就是把可靠性當(dāng)做一個專業(yè)來建設(shè)，一個簡單的標(biāo)志就是這個企業(yè)有可靠性專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生。

徐工也非常重視。徐工最早希望筆者把全廠技術(shù)人員都集中起來，上三天課以便使得工程師可以理解可靠性，并推動企業(yè)裝備的可靠性。筆者跟他們強(qiáng)調(diào)，學(xué)校里的學(xué)生，從本科、碩士到博士學(xué)了七年，面對具體的產(chǎn)品仍然無法獨(dú)立處理可靠性的問題，企業(yè)“運(yùn)動式搞可靠性”基本是不可能的。一無可靠性組織，二無可靠性工程師，企業(yè)是不可能搞好可靠性的。幸運(yùn)的是，徐工領(lǐng)導(dǎo)非常認(rèn)真地接受了這個想法，目前已經(jīng)進(jìn)入系統(tǒng)性建設(shè)的起步階段。徐工車間里掛了一幅標(biāo)語，“技術(shù)領(lǐng)先用不毀”，這意味著既要技術(shù)先進(jìn)性，也要功能可靠性。這正是中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的目標(biāo)，從這一點(diǎn)而言，徐工抓可靠性抓的好，走在正確的強(qiáng)國制造的道路上。

企業(yè)的可靠性要有專業(yè)的組織，這個專業(yè)的組織建在哪里？

航空航天大概是三個結(jié)構(gòu)。第一個結(jié)構(gòu)放在質(zhì)量部門，質(zhì)量部門下面有可靠性專業(yè)室，專業(yè)的技術(shù)室和設(shè)計室。但這種結(jié)構(gòu)，發(fā)展到一定階段就不順當(dāng)了。因?yàn)?，可靠性畢竟要從根上設(shè)計，而不能僅僅作為管理工作放在質(zhì)量部門，因?yàn)樗|(zhì)量部門是管理責(zé)任，無法承擔(dān)設(shè)計責(zé)任。這個時候，一定有沖突。

質(zhì)量主導(dǎo)下的可靠性組織

第二個結(jié)構(gòu)是項(xiàng)目制，或事業(yè)部制。每個事業(yè)部下面都有可靠性的團(tuán)隊(duì)，可靠性的研究室。這樣做好處是，每個事業(yè)部各自對可靠性負(fù)責(zé)；但壞處就是可靠性資源分散了，各個事業(yè)部之間往往無法交流。一個企業(yè)的兩個項(xiàng)目組，相互之間甚至都可能要保密，這是事業(yè)部制帶來的弊端。

第三種結(jié)構(gòu)是矩陣的組織，這是一種理想的狀態(tài)。企業(yè)里應(yīng)該有專門的可靠性研究室，而每個項(xiàng)目里還都有可靠性工程師。在具體實(shí)施項(xiàng)目過程中，專業(yè)部門和項(xiàng)目組的可靠性工程師聯(lián)合組成團(tuán)隊(duì)。

矩陣式的可靠性組織

可靠性工作系統(tǒng)是航空行業(yè)建立起來的，因此相對完善。從上到下，分別有飛機(jī)總設(shè)計師，和各種各樣的專業(yè)副總設(shè)計師，其中就有可靠性副總師。

復(fù)雜的武器裝備甚至設(shè)置兩個副總設(shè)計師。這就構(gòu)成一個矩陣的組織結(jié)構(gòu)，非軍工口目前做的最好的企業(yè)是華為，華為的可靠性工作從可靠性試驗(yàn)起步，現(xiàn)在遍布了整個集團(tuán)公司，近兩百名可靠性工程師。以前大學(xué)生畢業(yè)，主要在軍工行業(yè)內(nèi)就業(yè)，而最近十幾年都是在華為這樣的可靠性非軍工口的先行企業(yè)就業(yè)。

專業(yè)人員

第三個實(shí)施要素：專業(yè)人員。中國的可靠性工程師并不多，華為這樣的企業(yè)還比較少，可靠性工程師頭銜和崗位集中在軍工行業(yè)，華為、長虹、聯(lián)想、中車等都有。

可靠性是一個專業(yè)

可靠性跟可維修性、安全性一樣，也是一個專業(yè)。現(xiàn)在產(chǎn)品的創(chuàng)新需要年輕人，越年輕的活力越強(qiáng)，但是質(zhì)量可靠性專業(yè)的人需要老人，越老越有經(jīng)驗(yàn)。國外大概都是這樣的。有國外的機(jī)構(gòu)做統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，國外的可靠性工程師年薪比其它產(chǎn)品設(shè)計師的高。

中國質(zhì)量協(xié)會，有一個項(xiàng)目叫注冊可靠性工程師考試，推廣了好幾年，不溫不火。但這種考試一定要堅持，一定會迎來大發(fā)展的那一天。美國、日本類似的培訓(xùn)，各類企業(yè)派人踴躍參加、場面火爆，中國企業(yè)一定會發(fā)展到那一天。

流程實(shí)施

第四個實(shí)施要素就是流程?？煽啃韵到y(tǒng)工程里要做的工程活動很多，需要進(jìn)行的每個活動之間是有邏輯關(guān)系的，要串起來。都是要靠前因后果的邏輯關(guān)系和信息傳遞的，而且一定要嵌入到研發(fā)流程。很多企業(yè)研發(fā)流程不完整，不符合系統(tǒng)工程研發(fā)的過程，可靠性做了一點(diǎn)點(diǎn)（如失效分析FMEA），但不知道塞到哪個部門，往往是孤零零的部門；過兩天別的部門會重新做一個障診斷的設(shè)計，但其診斷故障模式和前面做的FMEA毫無關(guān)系。

再比如售后服務(wù)系統(tǒng)，一般的售后部門數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，只用來算錢。盡管財務(wù)上售后服務(wù)算的非常準(zhǔn)，但技術(shù)上的數(shù)據(jù)就不統(tǒng)計了。企業(yè)的設(shè)計工程師在特別混亂的售后數(shù)據(jù)中，來統(tǒng)計浴盆曲線，找主要故障原因排列，會非常困難。而實(shí)際上，這本來就是售后部門的事情。

綜合流程

制造業(yè)如果重視自主創(chuàng)新的研發(fā)，流程要有兩個：一個是圍繞著功能，一個是圍繞著故障。兩條線并行。中國的境況是，第一條設(shè)計制造的線條，剛剛從測繪仿制轉(zhuǎn)到自主創(chuàng)新，還在建立的過程中；而第二條線圍繞故障的維修保障的線條，基本還沒有也不全。兩條線索疊加在一起，給中國制造業(yè)做強(qiáng)，帶來了很大的困難。

過程監(jiān)控

第五個要素叫過程監(jiān)控。過程監(jiān)控首先是監(jiān)控工作項(xiàng)目之間的內(nèi)在的邏輯關(guān)系是否是有效的傳遞？

什么叫內(nèi)在的邏輯關(guān)系？平均故障間隔時間叫MTBF是可靠性指標(biāo)、平均修復(fù)時間叫MTTR是維修性指標(biāo)，還有一個指標(biāo)叫可用度，或者叫停機(jī)時間。這三個指標(biāo)有約束關(guān)系，知道兩個就知道第三個。但很多企業(yè)在制定這些目標(biāo)的時候，定了三個指標(biāo)，但卻不符合自我約束關(guān)系。這樣情況下，是不可能做出可用度設(shè)計、可靠性設(shè)計和維修性設(shè)計，因?yàn)槟繕?biāo)本身就矛盾。過程監(jiān)控，就要查看這些工作邏輯是否正常。

第二個縱向監(jiān)控，就是監(jiān)控整個供應(yīng)鏈的要求。當(dāng)真正做可靠性的時候發(fā)現(xiàn)供貨方零部件不可靠，這說明企業(yè)的質(zhì)量控制體系里面沒有可靠性的控制。

當(dāng)然，這種監(jiān)控的主體之一是政府對企業(yè)的監(jiān)管，但是政府只管安全和環(huán)境，不管可靠性；而企業(yè)對供應(yīng)商的監(jiān)控，用戶對產(chǎn)品的或業(yè)主對系統(tǒng)的監(jiān)控，都必須包含這一點(diǎn)。定量跟蹤，就要前面定的七個方面的定量指標(biāo)，要在整個壽命周期里進(jìn)行監(jiān)控。

規(guī)范體系

第六個要素叫規(guī)范體系。每一個可靠性系統(tǒng)工程的活動都要有自己的規(guī)范，要有屬于企業(yè)自己的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，不要完全指望國標(biāo)和國軍標(biāo)。當(dāng)企業(yè)自己創(chuàng)新設(shè)計時，只能依靠自己的標(biāo)準(zhǔn)。這個沒有捷徑，只能通過實(shí)踐過程中產(chǎn)生的規(guī)范、形成自己的標(biāo)準(zhǔn)，這才是一個制造強(qiáng)國的企業(yè)應(yīng)具有的水平。

以前在測繪仿制，是按照國外的標(biāo)準(zhǔn)干，而且不敢改，改了之后也小心翼翼的。這都是摸索的階段?，F(xiàn)在要自主創(chuàng)新了，必須學(xué)會從無到有。每一個可靠性系統(tǒng)工程實(shí)踐活動，先找一個產(chǎn)品或者設(shè)備試點(diǎn)，做可靠性工程中的某一件事，試點(diǎn)之后把它形成規(guī)范指南，用規(guī)范指南指導(dǎo)做第二個、第三個，之后馬上變成企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。然后持續(xù)做下去。企業(yè)真正有核心技術(shù)，是不會把它弄成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)。一些企業(yè)的可靠性試驗(yàn)體系，對外基本都不開放。

鄭州的宇通客車的可靠性實(shí)驗(yàn)室，就形成了自己的規(guī)范。大客車做30天試驗(yàn)等效于在路上跑一百萬公里，要求整個過程無故障，整個車架子上面每個坐位有配重，相當(dāng)乘客的重量，然后運(yùn)行和計算。通過自己采集各種各樣的試驗(yàn)載荷，用一百萬公里的實(shí)踐證明過的結(jié)果，來指導(dǎo)所有新開發(fā)的客車。這就叫規(guī)范體系。

規(guī)范體系有三類：一個是要求類，如何定指標(biāo)的，指導(dǎo)對故障相關(guān)的特性和故障相關(guān)的系統(tǒng)定指標(biāo)要求；第二個指導(dǎo)類，就是怎么干各種活動，這一版都是保密的；第三類是驗(yàn)證類，對提出來的各項(xiàng)要求，確認(rèn)是否已經(jīng)得到實(shí)現(xiàn)，屬于驗(yàn)證類規(guī)范。

技術(shù)集成與大數(shù)據(jù)

第七個要素叫技術(shù)集成。這張圖分成了好多技術(shù)，每一類技術(shù)，可以再展開下一級的各種各樣的技術(shù)方法。當(dāng)然這些技術(shù)不一定都用得到，重要的是企業(yè)要學(xué)會去選擇合適產(chǎn)品和技術(shù)。

各種相關(guān)技術(shù)

第八個要素是大數(shù)據(jù)。對于采集上來的大數(shù)據(jù)信息，能不能畫出一條正確的運(yùn)維數(shù)據(jù)曲線？這也是需要下功夫的地方。很多企業(yè)通過售后服務(wù)、運(yùn)維數(shù)據(jù)得到的故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)，基本都是錯的。這樣的數(shù)據(jù)，不可能指導(dǎo)設(shè)計改進(jìn)和工藝改進(jìn)。所以，要全面地收集各種數(shù)據(jù)、正確地分析各種數(shù)據(jù)，需要管理上下大力氣。

大數(shù)據(jù)來源

小結(jié)

可靠性工程的實(shí)施，不是一個短期運(yùn)動式就能解決的。它需要對組織、對流程進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃，并且按照非常規(guī)范的方式循序漸進(jìn)，才可能真正實(shí)施成功。

可靠性應(yīng)用模式與能力等級評價

實(shí)施可靠性系統(tǒng)工程的八個要素、五個應(yīng)用模式，共同構(gòu)成了企業(yè)的可靠性系統(tǒng)工程能力。八個要素，即指標(biāo)需求、組織形式、專業(yè)隊(duì)伍、工作流程、規(guī)范指南、過程控制、數(shù)據(jù)信息、技術(shù)集成。五個應(yīng)用模式，即故障歸零模式、試驗(yàn)把關(guān)模式、定量設(shè)計模式、故障補(bǔ)償模式、綜合集成模式。 

可靠性系統(tǒng)工程能力

故障歸零模式

所謂故障歸零模式，就是企業(yè)在運(yùn)行維護(hù)過程中，收集產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行故障信息的統(tǒng)計。下面以某汽車制造廠某型離合器故障為例進(jìn)行說明，這是很早期的汽車數(shù)據(jù)。從離合器按里程故障統(tǒng)計和主要失效模式統(tǒng)計中，可以得到這一部件發(fā)生各種故障多少的視圖。圖2統(tǒng)計了各個時間段發(fā)生的故障數(shù)，圖3是按照這一部件的故障模式發(fā)生數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，包括有哪些故障模式，每個故障模式占的百分比。 

某汽車制造廠某型離合器按里程故障統(tǒng)計

某汽車制造廠某型離合器主要失效模式統(tǒng)計

有了這些數(shù)據(jù)之后，就知道哪些零部件、哪些故障模式要進(jìn)行改進(jìn)。在需要對某些零部件進(jìn)行改進(jìn)的時候。首先，要對它進(jìn)行故障機(jī)理分析，針對機(jī)理進(jìn)行設(shè)計或者是工藝技術(shù)的改進(jìn)，改進(jìn)之后還要進(jìn)行有效性的驗(yàn)證，通過FRACAS（Failure Report Analysis and Corrective Action System，故障報告分析與糾正措施系統(tǒng)）循環(huán)來提高可靠性。

故障報告分析與糾正措施系統(tǒng)

目前，大部分企業(yè)采用的是故障歸零模式，但是做的并不好。做不好的原因主要有兩個，一是信息缺失，二是沒有管理好FRACAS循環(huán)。做好可靠性，三分靠技術(shù)、七分靠管理。

試驗(yàn)把關(guān)模式

第二種模式是試驗(yàn)把關(guān)模式。當(dāng)企業(yè)創(chuàng)新程度越來越高的時候，越來越不確定產(chǎn)品投放到市場上是好是壞的時候，就要進(jìn)行考核試驗(yàn)。這個時候要把關(guān)，在投入批產(chǎn)之前、在交付用戶之前，要設(shè)計可靠性的試驗(yàn)項(xiàng)目。

例如，長虹公司2007年開始導(dǎo)入可靠性，當(dāng)時售后數(shù)據(jù)顯示維修費(fèi)用占到利潤的近30%。電視機(jī)的利潤本來就薄，要想保住利潤就要高可靠性。因?yàn)榧译娦袠I(yè)售后數(shù)據(jù)統(tǒng)計的非常清晰，返修率都能算出來，那么直接導(dǎo)入的就是試驗(yàn)考核。所有電視機(jī)在出廠之前都要進(jìn)行可靠性試驗(yàn)考核，設(shè)計一個試驗(yàn)考核方案，不通過的不能投產(chǎn)上市。這個途徑當(dāng)時遭到了設(shè)計師的抵制。公司解決這個問題的方法就是先由各個項(xiàng)目組自愿選擇，愿意走可靠性技術(shù)路線的就按照試驗(yàn)考核流程走，不愿意的項(xiàng)目組繼續(xù)按老程序辦。家電行業(yè)的售后數(shù)據(jù)反饋非?？?，半年后數(shù)據(jù)收集回來了，通過考核的型號，返修率就降下來了，沒有經(jīng)過考核的，沒走這套流程的，依然是高的返修率。這時候領(lǐng)導(dǎo)一聲令下都按照這個試驗(yàn)考核流程執(zhí)行了，可靠性試驗(yàn)考核的標(biāo)準(zhǔn)也定下來了，流程也固化了。之后5年的返修率均值降下來了，波動也小了。

可靠性試驗(yàn)的類別有很多種，例如：

1、可靠性摸底試驗(yàn)：對模擬產(chǎn)品實(shí)際使用的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)，在規(guī)定時間無故障通過，定性考核。 

可靠性試驗(yàn)中產(chǎn)品發(fā)生故障時間與總試驗(yàn)時間1998-2008數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖

2、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)：逐步增大產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力進(jìn)行破壞試驗(yàn)，故障分析與糾正后再次試驗(yàn)通過，定性考核。

強(qiáng)化試驗(yàn)是要掌握產(chǎn)品的破壞極限，把產(chǎn)品做壞，做到失效，這是強(qiáng)化試驗(yàn)的一個原理。 

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)原理

3、可靠性鑒定試驗(yàn)：模擬產(chǎn)品實(shí)際使用中的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力條件下進(jìn)行的統(tǒng)計試驗(yàn)，可以給出定量的可靠性指標(biāo)。足夠多的樣本和足夠長的試驗(yàn)時間。定量考核。

鑒定試驗(yàn)給出定量的考核性指標(biāo)，但是要提高準(zhǔn)確度，就要投入大樣本。壽命試驗(yàn)也是統(tǒng)計的方法，可以按照1.5倍的壽命進(jìn)行試驗(yàn)。如果產(chǎn)品壽命指標(biāo)很長，就需要加速試驗(yàn)，另外設(shè)計試驗(yàn)方案?？傊煌那闆r要有不同的解決方案。

4、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)：按規(guī)定的批量大小和抽樣原則，從各生產(chǎn)批次中抽取產(chǎn)品，在與可靠性鑒定試驗(yàn)相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行的統(tǒng)計試驗(yàn)，可以給出定量的可靠性指標(biāo)。定量考核。 

可靠性鑒定與驗(yàn)收試驗(yàn)原理

針對不同的場景，不同的場合，摸底試驗(yàn)和強(qiáng)化試驗(yàn)是針對研發(fā)階段，暴露設(shè)計工藝缺陷的，鑒定試驗(yàn)是對研發(fā)階段的定量考核，驗(yàn)收試驗(yàn)是批產(chǎn)階段，保證可靠性水平不波動。

定量設(shè)計模式

第三種模式是定量設(shè)計模式，分兩方面，一方面稱為健壯性設(shè)計，就是三次設(shè)計方法，是日本一個教授發(fā)明的，60年代開始在日本的企業(yè)應(yīng)用，70年代、80年代開始普及，日本企業(yè)把這個做的非常精致。

這個方法分三步。第一次設(shè)計為系統(tǒng)設(shè)計，是功能創(chuàng)新。第二次設(shè)計為參數(shù)設(shè)計，要把運(yùn)行參數(shù)、性能參數(shù)調(diào)整到非線性的飽和區(qū)域。這個區(qū)域波動小，性能參數(shù)就穩(wěn)定。第三次設(shè)計為容差設(shè)計，目標(biāo)是質(zhì)量損失最小。例如，螺母和螺桿是配套的零件，在一大批的零件里隨機(jī)拿一個螺母和一個螺桿擰到一起，有一定的概率是擰不上的，這就是失效，這個概率允許有多少？一個復(fù)雜的產(chǎn)品有很多零件容差是累計到一起的，失效概率是多少呢？容差設(shè)計就是解決這個問題的。

通過三個步驟之后，實(shí)現(xiàn)功能創(chuàng)新、性能穩(wěn)定、質(zhì)量損失最小，可靠性自然就高了。 

穩(wěn)定性設(shè)計：三次設(shè)計方法

第二個方面是，把性能穩(wěn)定做好之后，還有高可靠長壽命目標(biāo)。面對著長時間的使用需求，產(chǎn)品使用就要退化，不使用也退化，退化再加上可能遇到的各種各樣的異常的條件，可能就要突發(fā)失效，圖9給出的是一個高可靠長壽命設(shè)計技術(shù)體系圖，是經(jīng)過航空行業(yè)廣泛應(yīng)用過的。 

高可靠長壽命設(shè)計

故障補(bǔ)償模式

第四種模式是故障補(bǔ)償模式，也可以稱之為健康管理模式。系統(tǒng)發(fā)生故障后對其進(jìn)行維修的方式為反應(yīng)式維修，是被動式維修。執(zhí)行計劃內(nèi)預(yù)防性活動來檢測系統(tǒng)異常，修理故障部件/系統(tǒng)的方式，為預(yù)防性維修。當(dāng)前最新的是預(yù)計性維修，載體就是故障預(yù)測與健康管理。 

三種維修方式的比較

故障診斷、故障預(yù)測，健康管理形成一體化，根據(jù)診斷和預(yù)測的信息判別系統(tǒng)健康狀態(tài)，是治未病，未病先防，所有叫健康管理。預(yù)測和健康管理是關(guān)鍵的轉(zhuǎn)變。從事后的維修到事前的預(yù)判，是觀念的轉(zhuǎn)變。隨著技術(shù)的發(fā)展，從自動化的維修也轉(zhuǎn)變到智能化的維修。 

基于開放體系結(jié)構(gòu)的事前維修系統(tǒng)框架

綜合集成模式

把上述這些應(yīng)用模式全都使用起來，將售后運(yùn)維的數(shù)據(jù)統(tǒng)計做好，做好定量設(shè)計、試驗(yàn)考核、維修保障系統(tǒng)，這些加起來就是綜合集成的模式?？煽啃酝暾慕Y(jié)構(gòu)就是這樣的，全都做到了的話，可靠性系統(tǒng)工程也就成功實(shí)現(xiàn)了。 

綜合集成模式

能力等級

可靠性系統(tǒng)工程能力等級，是根據(jù)可靠性系統(tǒng)工程能力的不同水平進(jìn)行劃分的，每一等級都代表了組織改進(jìn)過程中經(jīng)歷的一個階段。通過可靠性系統(tǒng)工程能力成熟度評價，可以判斷企業(yè)可靠性做的好或不好。每一級都有詳細(xì)的定義，企業(yè)要一步一步走，循序漸進(jìn)。 

可靠性系統(tǒng)工程的能力等級

能力成熟度

第一級是已執(zhí)行級。開始RMS（可靠性Reliability、維修性Maintenance、安全性Safety）各項(xiàng)工作，但工作項(xiàng)目不完善，各項(xiàng)工作處于混亂狀態(tài)，沒有良好的計劃和跟蹤監(jiān)控，RMS工作不能和產(chǎn)品的設(shè)計、試驗(yàn)和生產(chǎn)過程相融合。RMS工作的效果，取決于執(zhí)行工作的人員素質(zhì)。

第二級是已管理級。RMS工作有專人負(fù)責(zé)，成為專業(yè)，并且與設(shè)計、試驗(yàn)和生產(chǎn)過程相融合，產(chǎn)品的RMS專業(yè)特性得到保證。一個項(xiàng)目中RMS工作的成功經(jīng)驗(yàn)，可以在組織中的其他項(xiàng)目中復(fù)現(xiàn)。

第三級是已定義級。建立了組織的RMS標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各項(xiàng)目實(shí)施中RMS工作均按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行，產(chǎn)品RMS指標(biāo)得到很大程度的提高，RMS工作結(jié)果可以被跟蹤和控制的。

第四級是定量管理級。RMS工作的執(zhí)行可用量化指標(biāo)來度量，組織的RMS工程能力可以量化評測。通過量化的手段可以預(yù)測產(chǎn)品RMS指標(biāo)的改進(jìn)趨勢、工作進(jìn)度、成本需求。當(dāng)超過不可接受的范圍時，可以采取相應(yīng)的手段加以糾正，從而實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品RMS工作的控制和管理。

第五級是優(yōu)化級。組織能對RMS工作進(jìn)行整合及優(yōu)化。組織有能力識別出RMS工作的潛在缺陷并進(jìn)行有針對性的過程改進(jìn)。組織能主動吸取新技術(shù)或者完善已有的技術(shù)，組織可靠性系統(tǒng)工程能力會得到不斷的改進(jìn)和完善。

能力評價要點(diǎn)

在評判模型中，分成了10個評價項(xiàng)目，24個評價要點(diǎn)，103個打分點(diǎn)。好的企業(yè)從導(dǎo)入可靠性開始，快的話，可以用5年左右的時間，達(dá)到5級，但也有的企業(yè)長時間停在2級水平。 

能力評判模型

評價效果

航空企業(yè)中已經(jīng)有20多個單位完成了能力評價，目前來講他們達(dá)到了第三級，開始形成自己的標(biāo)準(zhǔn)。航空企業(yè)做的很好，也不過是在第二、三級水平，華為應(yīng)該是在第五級的階段。從可靠性角度來看，真的是很不一樣。這個評價模型也可以用來企業(yè)自評。

不同能力級別的評價效果

打造中國制造業(yè)可靠性系統(tǒng)工程生態(tài)圈

工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，共同構(gòu)成了可靠性系統(tǒng)工程生態(tài)圈。

制造業(yè)企業(yè)是牽引可靠性工作的動力，可靠性需求會帶來新的發(fā)展，更高的質(zhì)量要求，更強(qiáng)的社會責(zé)任，最具有中國特色的中國產(chǎn)品的使用場景，這非常重要。例如，地鐵出入口的閘機(jī)最初是采用西門子公司的產(chǎn)品，我們國產(chǎn)的產(chǎn)品不是沒有，但是總出故障，影響使用，特別是高峰期，閘機(jī)出故障影響不好。鑒于西門子產(chǎn)品的可靠性很好，于是就安裝了，一開始還都挺好，但是當(dāng)?shù)罔F載客量越來越多時，西門子產(chǎn)品的故障率也高了起來。西門子公司也很奇怪，伴隨著一百多年地鐵歷史而發(fā)展的公司，閘機(jī)怎么到中國就不好用了。西門子派人服務(wù)跟蹤，他們先看我們的使用場景，然后發(fā)現(xiàn)中國人太多了，一個一個過閘機(jī)的頻度是全世界最高的，頻度不一樣，他們的軟件、硬件不適應(yīng)這個頻度，就出現(xiàn)故障了，所以使用場景不一樣，也是影響可靠性的。 

可靠性系統(tǒng)工程生態(tài)圈

第二個就是學(xué)術(shù)圈?？煽啃栽诖髮W(xué)里是一個成長中的新學(xué)科，可靠性正從工程走向科學(xué)，要培養(yǎng)大量的專業(yè)人才，做可靠性的更多的基礎(chǔ)研究、技術(shù)研究。國外的一位可靠性教授說很羨慕我們，我說是羨慕我們有錢嗎？國內(nèi)現(xiàn)在科研投入增長很快，可靠性拿研究項(xiàng)目相對容易。他說你太LOW了，羨慕的不是這個，羨慕的是中國制造業(yè)的發(fā)展歷程和使用場景跟國外不一樣，質(zhì)量可靠性的新問題在中國，近水樓臺，會遇到學(xué)科發(fā)展的新問題，研究的東西是國外專家接觸不到的，這樣未來十年二十年后中國的可靠性學(xué)科就會走到世界領(lǐng)先地位了。這個思考的角度讓我很受教育，也非常有信心。

第三個圈是生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，十九大報告里叫現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，這是創(chuàng)業(yè)者的樂園。伴隨著從制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)型，可靠性咨詢服務(wù)作為現(xiàn)代服務(wù)業(yè)也要有跨越式發(fā)展了。

可靠性系統(tǒng)工程生態(tài)圈的發(fā)展，預(yù)示著我們正在交互打造中國可靠性的生態(tài)鏈，這是未來的發(fā)展方向和目標(biāo)。