可靠性的歷史與今世

早在1985年的時候，中國航空工業(yè)界為了搞殲十飛機研制，在當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傳奇。

中國制造2025與可靠性

浴盆曲線

在可靠性領域的幾個關鍵概念內涵，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，縱坐標是產品的故障率，橫坐標是產品的使用時間。這是從統(tǒng)計上反映出來的產品故障發(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，要經過不斷的維修、適應性的改進甚至修改設計、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該是很低的水平，而且還不應該發(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，是表達低水平故障率保持到多長的規(guī)律。一般而言，保持到預期的使用壽命，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。

但是當產品從統(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)沒有對產品實現(xiàn)可靠性管理，或者說當出現(xiàn)了浴盆曲線早期故障期，說明可靠性工程實踐是失敗的。

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)的特征在這三個點上都反映了，第一產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)的可靠性工程的實踐出了問題。浴盆曲線就是這么一個有關故障發(fā)生概率和統(tǒng)計規(guī)律的曲線。

故障六性

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

圖2 故障六性

這些特性都不是中國學術界發(fā)明的，當北京航空航天大學在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)詞匯在學術界、工業(yè)界已經產生了幾十年。

早在1991年，北航可靠性與系統(tǒng)工程學院的創(chuàng)始人楊為民教授提出可靠性系統(tǒng)工程的概念，是從如何推進可靠性工作的角度提出的，最重要的是研究產品“故障的發(fā)生、發(fā)展及其預防和維修保障的規(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)的實踐中不斷的在擴展推動?，F(xiàn)在武器裝備行業(yè)把這“六性”叫通用質量特性，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的設計特性給了一個概括性的說法。那么，可靠性系統(tǒng)工程就是圍繞產品保障規(guī)律組織管理通用質量特性工作的方法論。

圖3 可靠性系統(tǒng)工程內涵

圖3從方法論上進一步解釋了可靠性系統(tǒng)工程，就是在研發(fā)階段要進行與故障相關特性的設計、分析、試驗評價工作，同時還要做與故障相關的系統(tǒng)設計、分析、評價工作。

與故障相關的系統(tǒng)，則是指面向產品的使用維護和運維階段，以前叫售后服務系統(tǒng)。沒有經歷過正向研發(fā)過程的時候，我們的解決方案當然是出了故障就要修好，這就是被動的維修服務，歸到售后服務系統(tǒng)里，即使是售后服務系統(tǒng)也需要主動去設計。后來的維修保障系統(tǒng)、BIT、ATE、中央維護系統(tǒng)、遠程維護系統(tǒng)、PHM故障預測與健康管理系統(tǒng)等，都屬于與故障相關的系統(tǒng)，隨著技術的發(fā)展，現(xiàn)在技術熱點就是PHM系統(tǒng)。圖3才是完整的針對故障的研發(fā)和設計，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 過程質量檢驗的發(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。首先產生的產品質量檢驗。

說起質量檢驗的概念可以查到中國古代，一把劍鑄造的好不好，也取決于設計、制造、檢驗，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)化以后批量生產就不一樣了，福特汽車在大批量生產時代，做的最有里程碑意義的事情，就是把質量檢驗從產業(yè)工人里面分出來，專門有一批人看著制造線上的產品，生產出來之后是合格的還是不合格的。這是真正的專業(yè)化質量檢驗，是基于專業(yè)化分工的流水線上的質量檢驗，質量專業(yè)因此而誕生了。

質量檢驗又分為兩個階段，當批量比較少的時候是全數(shù)檢驗；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，統(tǒng)計的方法出現(xiàn)了——也就是抽樣檢驗。這兩個檢驗都可以叫做過程質量檢驗。過程質量檢驗的出現(xiàn)是質量可靠性發(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量控制。當工業(yè)化發(fā)展到一定程度后，又出現(xiàn)新的問題，質量檢驗是產品生產出來之后才能對它進行合格不合格的判定，會產生廢品，造成質量損失。所以，這個問題就驅動人們思考：能不能在制造過程中進行質量控制，預防不合格品的發(fā)生，降低不合格率，這個就是過程質量控制。統(tǒng)計過程控制SPC和六西格瑪概念方法就是這個階段產生的。

圖5 質量檢測和質量控制的發(fā)展史

第三個階段是跟安全性有關。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世紀工業(yè)化進程很精彩，人類產生很多偉大的發(fā)明，如蒸汽機、汽車、火車、飛機等，有人總結每一次技術的發(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，就有飛機事故。所以，安全性是伴隨著工業(yè)化要面臨的又一個問題，就是產品一定要安全。所以安全性在當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，電氣產品如何安全，機械產品如何安全。這都需要有一套設計準則，有一套嚴格的驗證規(guī)范，政府也要監(jiān)督。

但是，像民用飛機這一類政府監(jiān)管的適航取證，則是只管安全性，不管可靠性?？煽啃詫︼w機安全有影響，但是安全性又有自己的技術范疇，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)運籌產生的可靠度的概念，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)。但是質量這塊的發(fā)展也一直在往外推進，從質量過程的事后檢驗到事前的過程質量控制，到了60、70年代發(fā)現(xiàn)光抓生產過程不行，還要抓全面質量管理，這就是非常經典的“人機料法環(huán)”。

圖8 可靠性與質量伴隨著整個工業(yè)化進程

可以這樣總結，過程質量檢驗、過程質量控制是經典的傳統(tǒng)的方法，70、80年代是全面質量管理。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、維修設備、維修設施等。

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計的。從上面的歷史可以看出，可靠性與質量伴隨了整個工業(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”，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)，只有生產過程的質量管理。中國工業(yè)化的前三十年還沒有批量生產，因為中國彼時還不是消費型社會。消費能力不夠的情況導致批量也很少，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。這是中國制造當時的實際情況。這個背景下對于質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，制造過程的質量控制、質量檢驗做的很充分，在上個世紀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。當時國外的可靠性、維修性工程實踐了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（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，抓與故障相關的特性設計。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。實際上，這些完全對應了錢老提出來的“可靠性是設計出來的、生產出來的、管理出來的”。 中國制造要從大國走向強國之路，企業(yè)必須狠抓質量和可靠性。而系統(tǒng)工程抓可靠性管理是唯一的可行之路。

中國質量這么搞

企業(yè)搞可靠性的切入點是什么？

成本倒逼！

在許多企業(yè)，運行維護費用能占到利潤的1/4，企業(yè)家有足夠的動力推動研發(fā)部門去搞可靠性。國內非軍工企業(yè)，要做可靠性的起點都是基于這樣的倒逼機制。

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

八個實施要素

全面需求

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

全面需求

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

組織形式

第二個要素：組織形式。首先必須要認識到，可靠性是一個獨立的專業(yè)。只有這樣，它才能得到重視。目前看上去國內一些企業(yè)已經先動起來了。例如，國內風電領頭羊金風科技，就是把可靠性當做一個專業(yè)來建設，一個簡單的標志就是這個企業(yè)有可靠性專業(yè)畢業(yè)的學生。

徐工也非常重視。徐工最早希望筆者把全廠技術人員都集中起來，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。筆者跟他們強調，學校里的學生，從本科、碩士到博士學了七年，面對具體的產品仍然無法獨立處理可靠性的問題，企業(yè)“運動式搞可靠性”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。幸運的是，徐工領導非常認真地接受了這個想法，目前已經進入系統(tǒng)性建設的起步階段。徐工車間里掛了一幅標語，“技術領先用不毀”，這意味著既要技術先進性，也要功能可靠性。這正是中國制造業(yè)轉型升級的目標，從這一點而言，徐工抓可靠性抓的好，走在正確的強國制造的道路上。

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構。第一個結構放在質量部門，質量部門下面有可靠性專業(yè)室，專業(yè)的技術室和設計室。但這種結構，發(fā)展到一定階段就不順當了。因為，可靠性畢竟要從根上設計，而不能僅僅作為管理工作放在質量部門，因為它質量部門是管理責任，無法承擔設計責任。這個時候，一定有沖突。

質量主導下的可靠性組織

第二個結構是項目制，或事業(yè)部制。每個事業(yè)部下面都有可靠性的團隊，可靠性的研究室。這樣做好處是，每個事業(yè)部各自對可靠性負責；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。

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

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，分別有飛機總設計師，和各種各樣的專業(yè)副總設計師，其中就有可靠性副總師。

復雜的武器裝備甚至設置兩個副總設計師。這就構成一個矩陣的組織結構，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起步，現(xiàn)在遍布了整個集團公司，近兩百名可靠性工程師。以前大學生畢業(yè)，主要在軍工行業(yè)內就業(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)在產品的創(chuàng)新需要年輕人，越年輕的活力越強，但是質量可靠性專業(yè)的人需要老人，越老越有經驗。國外大概都是這樣的。有國外的機構做統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，國外的可靠性工程師年薪比其它產品設計師的高。

中國質量協(xié)會，有一個項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，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。

流程實施

第四個實施要素就是流程?？煽啃韵到y(tǒng)工程里要做的工程活動很多，需要進行的每個活動之間是有邏輯關系的，要串起來。都是要靠前因后果的邏輯關系和信息傳遞的，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，可靠性做了一點點（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計，但其診斷故障模式和前面做的FMEA毫無關系。

再比如售后服務系統(tǒng)，一般的售后部門數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，只用來算錢。盡管財務上售后服務算的非常準，但技術上的數(shù)據(jù)就不統(tǒng)計了。企業(yè)的設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，第一條設計制造的線條，剛剛從測繪仿制轉到自主創(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，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)控工作項目之間的內在的邏輯關系是否是有效的傳遞？

什么叫內在的邏輯關系？平均故障間隔時間叫MTBF是可靠性指標、平均修復時間叫MTTR是維修性指標，還有一個指標叫可用度，或者叫停機時間。這三個指標有約束關系，知道兩個就知道第三個。但很多企業(yè)在制定這些目標的時候，定了三個指標，但卻不符合自我約束關系。這樣情況下，是不可能做出可用度設計、可靠性設計和維修性設計，因為目標本身就矛盾。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)控整個供應鏈的要求。當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)的質量控制體系里面沒有可靠性的控制。

當然，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)對供應商的監(jiān)控，用戶對產品的或業(yè)主對系統(tǒng)的監(jiān)控，都必須包含這一點。定量跟蹤，就要前面定的七個方面的定量指標，要在整個壽命周期里進行監(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)范和標準，不要完全指望國標和國軍標。當企業(yè)自己創(chuàng)新設計時，只能依靠自己的標準。這個沒有捷徑，只能通過實踐過程中產生的規(guī)范、形成自己的標準，這才是一個制造強國的企業(yè)應具有的水平。

以前在測繪仿制，是按照國外的標準干，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，必須學會從無到有。每一個可靠性系統(tǒng)工程實踐活動，先找一個產品或者設備試點，做可靠性工程中的某一件事，試點之后把它形成規(guī)范指南，用規(guī)范指南指導做第二個、第三個，之后馬上變成企業(yè)的標準。然后持續(xù)做下去。企業(yè)真正有核心技術，是不會把它弄成行業(yè)標準和國家標準。一些企業(yè)的可靠性試驗體系，對外基本都不開放。

鄭州的宇通客車的可靠性實驗室，就形成了自己的規(guī)范。大客車做30天試驗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，相當乘客的重量，然后運行和計算。通過自己采集各種各樣的試驗載荷，用一百萬公里的實踐證明過的結果，來指導所有新開發(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，如何定指標的，指導對故障相關的特性和故障相關的系統(tǒng)定指標要求；第二個指導類，就是怎么干各種活動，這一版都是保密的；第三類是驗證類，對提出來的各項要求，確認是否已經得到實現(xiàn)，屬于驗證類規(guī)范。

技術集成與大數(shù)據(jù)

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

各種相關技術

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、運維數(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)，不可能指導設計改進和工藝改進。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

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

可靠性應用模式與能力等級評價

實施可靠性系統(tǒng)工程的八個要素、五個應用模式，共同構成了企業(yè)的可靠性系統(tǒng)工程能力。八個要素，即指標需求、組織形式、專業(yè)隊伍、工作流程、規(guī)范指南、過程控制、數(shù)據(jù)信息、技術集成。五個應用模式，即故障歸零模式、試驗把關模式、定量設計模式、故障補償模式、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)在運行維護過程中，收集產生的數(shù)據(jù)，進而進行故障信息的統(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、哪些故障模式要進行改進。在需要對某些零部件進行改進的時候。首先，要對它進行故障機理分析，針對機理進行設計或者是工藝技術的改進，改進之后還要進行有效性的驗證，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、七分靠管理。

試驗把關模式

第二種模式是試驗把關模式。當企業(yè)創(chuàng)新程度越來越高的時候，越來越不確定產品投放到市場上是好是壞的時候，就要進行考核試驗。這個時候要把關，在投入批產之前、在交付用戶之前，要設計可靠性的試驗項目。

例如，長虹公司2007年開始導入可靠性，當時售后數(shù)據(jù)顯示維修費用占到利潤的近30%。電視機的利潤本來就薄，要想保住利潤就要高可靠性。因為家電行業(yè)售后數(shù)據(jù)統(tǒng)計的非常清晰，返修率都能算出來，那么直接導入的就是試驗考核。所有電視機在出廠之前都要進行可靠性試驗考核，設計一個試驗考核方案，不通過的不能投產上市。這個途徑當時遭到了設計師的抵制。公司解決這個問題的方法就是先由各個項目組自愿選擇，愿意走可靠性技術路線的就按照試驗考核流程走，不愿意的項目組繼續(xù)按老程序辦。家電行業(yè)的售后數(shù)據(jù)反饋非?？欤肽旰髷?shù)據(jù)收集回來了，通過考核的型號，返修率就降下來了，沒有經過考核的，沒走這套流程的，依然是高的返修率。這時候領導一聲令下都按照這個試驗考核流程執(zhí)行了，可靠性試驗考核的標準也定下來了，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。

可靠性試驗的類別有很多種，例如：

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

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

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

強化試驗是要掌握產品的破壞極限，把產品做壞，做到失效，這是強化試驗的一個原理。

可靠性強化試驗原理

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

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

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

可靠性鑒定與驗收試驗原理

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

定量設計模式

第三種模式是定量設計模式，分兩方面，一方面稱為健壯性設計，就是三次設計方法，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。第一次設計為系統(tǒng)設計，是功能創(chuàng)新。第二次設計為參數(shù)設計，要把運行參數(shù)、性能參數(shù)調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。第三次設計為容差設計，目標是質量損失最小。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？一個復雜的產品有很多零件容差是累計到一起的，失效概率是多少呢？容差設計就是解決這個問題的。

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

穩(wěn)定性設計：三次設計方法

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。面對著長時間的使用需求，產品使用就要退化，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計技術體系圖，是經過航空行業(yè)廣泛應用過的。

高可靠長壽命設計

故障補償模式

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

三種維修方式的比較

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

基于開放體系結構的事前維修系統(tǒng)框架

綜合集成模式

把上述這些應用模式全都使用起來，將售后運維的數(shù)據(jù)統(tǒng)計做好，做好定量設計、試驗考核、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構就是這樣的，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行劃分的，每一等級都代表了組織改進過程中經歷的一個階段。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。每一級都有詳細的定義，企業(yè)要一步一步走，循序漸進。

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）各項工作，但工作項目不完善，各項工作處于混亂狀態(tài)，沒有良好的計劃和跟蹤監(jiān)控，RMS工作不能和產品的設計、試驗和生產過程相融合。RMS工作的效果，取決于執(zhí)行工作的人員素質。

第二級是已管理級。RMS工作有專人負責，成為專業(yè)，并且與設計、試驗和生產過程相融合，產品的RMS專業(yè)特性得到保證。一個項目中RMS工作的成功經驗，可以在組織中的其他項目中復現(xiàn)。

第三級是已定義級。建立了組織的RMS標準規(guī)范，各項目實施中RMS工作均按照標準規(guī)范執(zhí)行，產品RMS指標得到很大程度的提高，RMS工作結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測產品RMS指標的改進趨勢、工作進度、成本需求。當超過不可接受的范圍時，可以采取相應的手段加以糾正，從而實現(xiàn)對產品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行有針對性的過程改進。組織能主動吸取新技術或者完善已有的技術，組織可靠性系統(tǒng)工程能力會得到不斷的改進和完善。

能力評價要點

在評判模型中，分成了10個評價項目，24個評價要點，103個打分點。好的企業(yè)從導入可靠性開始，快的話，可以用5年左右的時間，達到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)中已經有20多個單位完成了能力評價，目前來講他們達到了第三級，開始形成自己的標準。航空企業(yè)做的很好，也不過是在第二、三級水平，華為應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、學術界、生產性服務業(yè)，共同構成了可靠性系統(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，更高的質量要求，更強的社會責任，最具有中國特色的中國產品的使用場景，這非常重要。例如，地鐵出入口的閘機最初是采用西門子公司的產品，我們國產的產品不是沒有，但是總出故障，影響使用，特別是高峰期，閘機出故障影響不好。鑒于西門子產品的可靠性很好，于是就安裝了，一開始還都挺好，但是當?shù)罔F載客量越來越多時，西門子產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，閘機怎么到中國就不好用了。西門子派人服務跟蹤，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

第二個就是學術圈?？煽啃栽诖髮W里是一個成長中的新學科，可靠性正從工程走向科學，要培養(yǎng)大量的專業(yè)人才，做可靠性的更多的基礎研究、技術研究。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？國內現(xiàn)在科研投入增長很快，可靠性拿研究項目相對容易。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，質量可靠性的新問題在中國，近水樓臺，會遇到學科發(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科就會走到世界領先地位了。這個思考的角度讓我很受教育，也非常有信心。

第三個圈是生產性服務業(yè)，十九大報告里叫現(xiàn)代服務業(yè)，這是創(chuàng)業(yè)者的樂園。伴隨著從制造大國向制造強國的轉型，可靠性咨詢服務作為現(xiàn)代服務業(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。