可靠性工程全球最佳实践综述

可靠性工程全球最佳实践综述可靠性研究工作起源于国外的武器系统，经过60多年来的发展，已经成为一个涉及多行业、多学科的复杂的系统工程。从最初的电子产品可靠性延伸到机械和非电子类的产品可靠性，从硬件的可靠性发展到软件的可靠性，从最初的重视可靠性验证发展到系统的可靠性规划、预防性和增长等一系列的可靠性流程体系等等。国内可靠性工作在航天航空等军工领域开展的比较早，而在汽车等商业化产品上目前开展的还不是很广泛，无论在可靠性数据的管理与挖掘、可靠性工具与技术的应用、可靠性流程与体系的建立、还是可靠性管理方面，与国外最佳实践的企业还有着较大的差距。可以说，可靠性是国内产品与国外产品最大的差距所在之一。本文从可靠性资源、技术、流程与管理等几个方面介绍目前可靠性设计的最佳实践，以期为国内企业开展可靠性工作提供一些借鉴作用。1.可靠性典型的工作领域根据我们多年在工业领域的可靠性实践经验，我们将可靠性典型的工作领域总结如下：资源：可靠资源包括可靠性基础数据、设计准则、试验设备与可靠性工具等。完善的资源是可靠性工作的基础。技术：可靠性技术包括定量分析与定性分析等技术，包括可靠性数据的分析与评价、可靠性设计技术如FMEA、FTA、可靠性增长等等。没有这些技术的支撑与积累，可靠性设计只能是一个空架子。流程：企业有了成熟的可靠性技术，还需要具备系统的可靠性设计流程将产品开发过程中各个可靠性技术串起来，定义好各个技术之间的输入输出关系，并融入到产品开发过程中去，这样技术才能取得最大化效果。管理：可靠性不是某一两个部门的职责，真正开展好可靠性工作，需要企业各个部门的积极参与，所以企业高层大力的支持与持续的推广与监控是保证企业可靠性实施的重要保障！可靠性可以说是“一把手”工程，如果没有高层的持续的支持与推广，企业的可靠性工作是很难搞好的。2.可靠性全球最佳实践下面我们就从这几个方面描述一下工业企业在这方面的最佳实践。2.1集中的可靠性数据管理与系统的可靠性分析数据是可靠性设计的重要资源，数据的结构化、层次化管理是可靠性数据分析能够有效进行的重要保障。对数据进行分析后的结果使用对产品可靠性提升有重要指导作用。这一方面最佳实践的企业有着一下共同的特征：统一的分布式的可靠性数据管理系统，实现数据统一收集、管理实现和企业其他管理系统的有效集成，如PDM/CRM/SCM/维修数据库等统一的数据录入与导出系统，实现可靠性数据库的标准化自动化结果分析过程，节省时间分析结果定期更新，实时展现结果信息按需展示与推送，确保信息通畅，节省沟通时间与成本当然，上面所说的是从企业层面来讲的。从行业的角度，应该有行业与专业的第三方机构来收集相关的可靠性数据，在此基础上提供专业的第三方可靠性评价，这个对于整个行业是非常有意义的。这些机构有的从主观评价角度收集新车上市后的可靠性表现，基于此提供从客户角度的可靠性评价，在汽车行业最为著名与权威的是美国JDPower公司。有的机构如WarrantyWeek从各种渠道获得产品的Warranty数据（即三包数据），然后定期发布产品更为客观的可靠性评价。对国内汽车行业而言，目前无论在主观评价方面，还是基于行业维修数据的客观评价方面，都缺乏专业的第三方机构，这也是我们从行业角度需要去关注和开展的相关工作。2.2贯穿产品开发全生命周期的可靠性技术可靠性设计是一个系统工程，可靠性工作的开展是贯穿整个产品开发过程，与产品开发过程同步进行的。在产品开发流程的各个节点，都需要相关的可靠性技术来支撑产品开发的可靠性设计。世界级的企业都有着贯穿于整个产品开发生命周期的可靠性技术。下图展示了在产品开发过程不同阶段需要用到的典型可靠性技术与示例。首先是在产品规划阶段，对于可靠性而言，需要完成使用条件、基准产品的可靠性评价以及可靠性目标设定等相关工作。这个阶段需要用到很多专业的技术：使用条件分析，需要开展用户关联、载荷谱收集等工作。这个是可靠性工作的基本输入，因为可靠性的定义就是指的是产品在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。基准分析提供了对于当前产品的可靠性水平评价，一般基于维修数据或者寿命试验数据，从两个方面进行产品的可靠性评价，一个是可维修系统的失效率或者MKBF，一个是不可修系统的可靠度或B10寿命。这个是可靠性目标设定的基础。可靠性目标设定。有了基准产品的可靠性评价，很多时候还得综合市场、管理层期望、竞争对手的水平等各方面的因素设定比较合理的目标。在确定可靠性目标后，一般通过风险评估技术定位需要关注的高风险的系统或零部件，通过预防性规划与可靠性增长规划确定达到可靠性目标的预防性措施（可靠性设计技术）与增长试验所需要的测试样机数量与测试时间。可靠性设计技术是在产品设计阶段开展的预防性措施，在设计阶段通过这些预防性措施预防失效的发生，在物理样机之前提供了对产品可靠性的预防与可靠性水平量化评估的有效手段。常见的可靠性技术包括FMEA、FTA、RobustDesign、ALT等技术。还有更为重要的一点做了这些预防性措施后，产品的可靠性目标能够提升到什么水平？这个在国外很多企业有着一套完整的评价方法，可以在设计过程中对可靠性水平进行监控与追踪。可靠性验证阶段除了常规的可靠性验证试验外，最为重要的可靠性增长试验。传统的可靠性试验，很多都是通过性试验，但是并不知道通过试验后产品的可靠性能够达到什么水平，是否实现了当初设定的目标。可靠性增长技术提供了在产品整机试验阶段，通过追踪试验过程中的失效，评估可维修系统产品可靠性技术与手段，使得量化可靠性评估成为可能。该技术在国外企业已经成为在试验阶段必须开展的技术，而在国内，尤其汽车行业，目前除了少数的主机厂，很多企业还没有开展这方面的工作。上市之后的可靠性，主要是持续追踪产品上市以后的可靠性表现，通过实际的失效数据验证可靠性设计与可靠性增长阶段措施是否有效，实际的可靠性水平与当初设定的目标是否有差距，这样通过不断的迭代，不断更新可靠性预防性措施，从而逐步实现企业可靠性的知识与经验的积累。这个阶段除了刚才讲的可靠性评价技术之外，很多企业还通过FRACAS技术来系统管理使用过程中的失效以及问题闭环管理。这个在国内许多企业有相关的系统，如质量信息系统，但是很多系统只是用了追踪已经发生的问题，没有做到对使用过程中可靠性进行持续追踪，也没有定义有效的预防再发的措施。2.3全面而有效的可靠性工具集可靠性技术的实现需要专业高效的可靠性工具。国外最佳实践的企业都有着在产品研发的各个阶段的全面而有效的可靠性工具。下表展示了各可靠性工具在研发流程与可靠性设计流程中的映射。当然，可靠性工具不限于下表列的这些，对于国内企业来说，建立这些工具应用能力也不是以一蹴而就的事情，需要各个企业根据自身的情况与特点来逐步建立。2.4系统的可靠性流程管理体系除了具体的可靠性技术外，可靠性设计需要系统而完善的可靠性流程体系，来保证可靠性开发过程的相关技术得到落实，而且与产品开发同步，将可靠性维度纳入纳入产品开发流程。欧美大多数成熟的整车或零部件企业都在使用系统的可靠性流程与方法，很多整车与大的系统供应商使用全生命周期的可靠性管理流程，进行产品可靠性性能的验证（涵盖标杆分析、可靠性目标设定、可靠性预防性设计与可靠性增长等各个环节）。下图是国外一些企业典型的可靠性设计流程。2.5可靠性管理与团队建设系统的流程需要系统的管理及与之对应的强有力的组织架构保证。国外很多企业建立了专门的可靠性团队，以保证可靠性流程与技术在产品开发过程中的实施。下图是国外某企业典型的可靠性团队组织架构。当然每个企业现状与特点不同，可靠性组织架构也不会完全一致，关键是需要有专业的团队来完成专业的事情。依据作者多年在国内实施可靠性项目经验，国内目前很多企业还没有专门的可靠性团队或者专业的可靠性组织架构，可靠性的工作零星地散落在不同的专业部门，有的是质量部在做，有的是设计部门牵头，有的是试验部门开展局部的可靠性试验，这样使得可靠性工作开展地不系统、不规范、不彻底、很低效。当然专业团队的建立也不是一朝一夕的事情，毕竟对国内的很多行业，以汽车行业为例，自主品牌也就是近10几年才发展起来，建立这样专业的团队组织需要一个从认识、接受到实施的过程。从可靠性团队能力建设来说，国外很多企业如GE也有专门的项目如RPP(ReliabilityPractitionerProgram)，即在集团内部建立不同层次的可靠性团队，通过可靠性项目认证，让所有工程师了解可靠性，让核心团队与项目团队的人员实施可靠性，逐步形成可靠性专家团队，支持各事业部的可靠性项目。这个有点类似于传统SixSigma的绿带或黑带项目。3.结语本文从可靠性资源、技术、工具、流程与管理等各个方面简单介绍了全球可靠性最佳实践，但是可靠性是一个复杂的系统工程，也不可能通过短短此文尽述可靠性的所有方面。随着国内汽车行业，尤其是新能源汽车与智能互联的蓬勃发展，越来越多的新技术、新材料、新工艺应用到汽车开发过程中，对于国内企业来说可靠性面临着前所未有的挑战，而且越来越多的可靠性问题会带来整车安全性的隐患。而如何系统而有效地应对这些挑战，在企业很多强调可靠性工作的重要性与紧迫性的同时，希望本文能够给企业的领导者与工程技术人员如何开展可靠性的工作提供一个总体的思路，从而不断提升我们自主品牌的可靠性水平！不当之处，敬请指正！关于作者嵇建波上海瑞卓软件股份有限公司总经理，SAE汽车可靠性技术分会副秘书长。2001年吉林大学（原吉林工业大学）车辆工程研究生毕业。曾在泛亚汽车技术中心、Honeywell中国研发中心从事产品研发、可靠性、6Sigma等相关工作。长期从事产品研发与可靠性工作，在国内推广可靠性流程与技术达10数年。2012年带领瑞卓自主研发可靠性设计平台ReliaBench，目前在国内汽车可靠性行业具有一定影响力，引领国内可靠性软件以及可靠性技术的发展。