第11讲 TQM和产品可靠性控制与管理

第11讲TQM和产品可靠性控制与管理【本讲重点】产品可靠性控制的定义和发展产品可靠性控制的要点可靠性的控制和管理一、产品可靠性的定义和发展产品可靠性是全面质量管理所涉及的主要领域之一。一个可靠的产品应该是在整个使用期间能够执行设计时所要求的功能的产品，可靠性是一种质量特性，它体现了当今的购买者的一种主要要求。（一）产品可靠性的定义产品可靠性是产品的一种性能。简单地说，它是以概率量来度量产品或设备持续工作的能力。它的定义是：在规定的时期内，在规定的条件下，完成所要求的功能的一种能力。相应的，可靠度的定义是单位产品在规定的时期内，在规定的条件下，持续完成所要求功能的概率。产品可靠度有四个重要的要素：概率、性能、时间和条件。□1概率可靠性的第一个要素是概率。每个单位产品同其它单位产品多少有些不同，有些寿命较短，有些寿命较长。进一步说，一组单位产品可以具有某个平均寿命。因此，可能用辨别产品故障的频数分布来预测单位产品的寿命。□2性能包含在定义中的第二个要素就是性能。所谓产品可靠，就是该产品必须在实用中实现某些功能或完成某些工作。当完不成预定的功能的时候，这个产品的性能就有问题。□3时间可靠性定义中的第三个要素是时间。以产品实现其功能的概率来表示可靠性，它必须确定一个规定的时间长度，在此时间内功能始终一致。这种情形类似人寿保险统计表格。每个人在今后一年内存活的概率和今后十年内存活的概率不同。根据这种相同的理由，谈论产品可靠性必须提出期望寿命是十分钟或是十年或是任何寿命长度。□4条件产品可靠度的重要要素：概率、性能、时间、条件可靠性定义中的第四要素是条件，其中包括产品在现场使用的使用条件和操作环境。这些因素确定了将加在产品上的压力状况。储存和运输条件也可显著地影响产品的可靠性，也属于产品可靠性的影响条件。（二）产品可靠性要求的发展为了充分了解全面质量管理的可靠性活动，认识现代产品可靠性发展的四个基本阶段是很重要的。□1预测和论证产品可靠性可靠性的第一阶段，是在几十年前，预测产品可靠性和论证这种可靠性是否可以达到，就是这个阶段的目标。确定元件的失效率就是当时的关键技术之一，同时数理统计模型也开始应用于产品可靠性控制中。□2对产品可靠性的评估设计、制造和使用都较复杂的产品，或者对长期可靠和无故障运行有重要要求的产品，产品可靠性就发展到第二阶段，即对产品可靠性的评估。在产品设计、制造以及服务和维护保养方面已开发出一些非常重要的可靠性技术。在生产中，这些主要技术有：设计裕度、降低额定值、冗余贮备、环境应力控制、故障模型及其影响与致命度分析、失效的物理研究、人体工程学设计、包装和运输设计等等。在制造方面，进厂材料控制和产品控制的许多领域都足以保证可靠性。□3确定和实现可靠性这一系列技术的出现，产品可靠性发展的第三阶段就显得重要了，这个阶段已经把旨在确定和实现可靠性，以及正在实施的维护管理等项活动协调起来。所谓可靠性“规划”，本质上就是一系列可靠性工作及其实施要求。□4数理统计技术和可靠性工作的实施产品可靠性发展的第四阶段，即将这些数理统计技术和可靠性工作加以完全有效与经济的利用和实施。这不是可靠性工作的结束，而是全公司质量大纲完整的一部分。这些可靠性工作是一个公司保证全面满足用户质量要求的现代质量体系的十分重要的组成部分。二、产品可靠性控制的要点产品可靠性的控制，要考虑到顾客的要求和可靠性的成本；同时对可靠性度量方法和可靠性活动的了解是很必要的，有利于可靠性的分析和管理。（一）顾客的需求——可靠性和成本产品可靠性发展的四个阶段：预测和论证产品可靠性对产品可靠性的评估确定和实现可靠性数理统计技术和可靠性工作的实施□1顾客的需求如同所有的质量特性一样，产品可靠性的要求归根到底也是由顾客的使用条件来决定的。产品可靠性的某种水平务必满足顾客的需求而且又最为经济。然而，如果这种水平定得太低，则由于过多的修理、维护和不能使用的费用会使顾客的真正的使用总费用增高。如果所定的可靠性水平太高，则由于零件和总成的部分要求提高，以致这部分价格提高，这也会使顾客花费过高的总费用。□2可靠性成本控制正确确定产品可靠性水平，更重要的是要考虑到产品或服务的可用性。由总成本所确定的产品最佳可靠性值，可以使制造者和购买者双方都获得最佳的可靠性。购买者日益强调，希望得到这项产品的可靠性标准而又不愿意给制造商付出更多的代价。在上述情况下，把质量成本按其各个项目细分，会有助于除去伪装的不合理的项目和辨明真正应当注意的地方。就质量成本的可靠性项目来说，要考虑以下方面，对可靠性成本进行控制：为了保证达到所要求的产品可靠件，必须支出某些与可靠性有关的费用，这些部分是预防和鉴定成本的一部分；这些成本必须同故障成本求得平衡，以获得特定的产品可靠性；必须使质量总成本优化，使之符合包括其它可靠性因素在内的公司质量目标。（二）可靠性的度量和可靠性的活动□1可靠性的度量在统计研究中发现，许多可靠性分析方法可用来鉴别逐台产品和逐个元件在其寿命周期内的失效与时间之间的关系的各种模式。在可靠性预测方面，当元件不能经济地或实际地被修复时，一般应把这些元件作为预测项目。一般产品都有一个共同的生命模式，包括三个不同的时期：早期失效期、正常运转期、耗损期，如图11-1所示。通过产品处于不同的时期，我们可以预测失效率的大小，进而预测产品的可靠性。图11-1产品寿命特征曲线可靠性的度量一般考虑下面四个方面：平均无故障工作时间、损耗前工作时间、平均维修间隔时间、平均修理间隔时间、平均修理时间等。平均无故障时间越长、平均维修间隔时间越长，说明产品的可靠性越高。□2可靠性的活动在全面质量管理大纲中，与产品失效率有关的各项活动，也即概率、时间、性能和条件等要素的确定和控制，同全面质量管理大纲的活动完全一致，因而也是开展全面质量管理四项工作中的重要项目。这些可靠性活动可以归纳为下列六项，它们的关系如图11-2所示，应将从产品可靠性持续分析中所取得的数据进行反馈，以便对产品设计，工艺过程设计和有关控制系统经常加以评审。图11-2可靠性活动之间的关系三、产品可靠性的控制和管理可靠性的控制管理活动贯穿于规划、设计、试制、生产使用的全过程，它是产品整个使用寿命周期的一项连贯项活动。只有设计、生产、使用三方面密切配合，不断地提高产品的可靠性指标，才能取得比较好的经济效益。（一）制定可靠性方案□1制定可靠性要求新设计控制的初始工作包括制定适合产品所要求的可靠性的任何可靠性目标，增加可靠性的成本必须同其不增加时的有关成本加以平衡。一项可靠性标准的选择应是个实际问题，而不是纯理论的练习。标准的选择必须注意到技术的现状，并且还要了解如要使该种技术超出目前限制时将会付出何种代价。因此必须是经济许可范围内的标准。在实现详细规定的可靠性之前，可能会要求技术更加进步。为了达到这种进步，应当在最需要之处付出最大的努力。仔细分析推荐的产品，将能够揭示出具有最高失效率的各种元件。这些都需要全盘考虑，以利于进一步的研究和开发工作。□2制定可靠性方案实现产品可靠性要求的方案包括：确定设备系统、元件和结构的产品技术规范；制造产品的工艺规范；可靠性保证技术；保护产品的包装和运输规范；保证将产品送到顾客手中的运输方式选择以及按设计意图保持产品功能的维护和修理功能。制定方案的思路是，首先要通过试验来确认失效前的平均工作时间，然后对不同的产品制定不同的可靠性目标。增加了成本的可靠性，不可避免的要增加成本，此成本是预防成本和鉴定成本的一部分，要考虑成本的总体预算和平衡问题。通过确定成本的可靠性标准和成本预算分析，既保证了产品的可靠性和质量，有控制了产品成本，用一种达到最优的经济策略来使产品满足顾客的要求，提高企业的竞争力和企业的信誉。（二）通过试验对可靠性方案的评估不论是关于产品、制造工艺或包装设计的可靠性方案，都应在其可靠性规划中的适当地方加以试验。最初的设计建议将利用所谓的模拟板(模型)试验来检查。建议的制造工艺将用试制来检查并进一步用小批试制来验证。为从可靠性试验中获得大量信息，通常必须使该设备运行到失效为止。在这种情况下，可以确定出失效机理以及失效随时间变化的分布。这些工作必须在样机阶段于产品研制计划的早期完成。由于这种试验是破坏性的并且通常要花昂贵的实施费，因此要求用尽可能少的样本在尽可能短的时间内完成试验。结果，这类试验常常是在增加其负荷和环境应力的加速状况下进行，并在失效前结束试验。假如采用加速试验，则它们必须同现场实际操作经验适当地配合。一般寿命试验法已被某些公司用在新的、大容量的产品上。这种方法包括三种连贯的试验:计成熟试验、工艺成熟试验、寿命试验。□1设计成熟试验设计成熟试验是发现和纠正设计问题的一种可靠性论证。在第—台样机上进行这种试验的目的是论证设计、考察其制造方式和需要排除多少次故障才能符合该产品的可靠性要求。如果不是上述这种情况，则必须在试验期间改进设计，直到它完全能够符合规定要求。□2工艺成熟试验工艺成熟实验是测定早期失效以纠正设计和生产产品的工艺之间任何现有的不协调，并确定达到规定的运转可靠性所必需的试验工作量。对于在给定时期内运转(预烧)的第一台产品，应严密监控其性能并测定其正在下降的失效率。□3寿命试验测定元件耗损失效分布以消除预期寿命降到可接受点以下的任何失效机理。测定若干样本的失效时间以便确定每个被观测失效模型的MTBF和分布。寿命试验要在确保耗损超过期望的最小寿命周期。通过这三种试验，我们将在测定过程中确定影响和控制产品可靠性的关键因素。一旦知道这些因素，就可以把产品的可靠性保持在一个可接受的水平上。没有这样的控制，就可能丧失掉产品盈利性这个主要因素。（三）可持续的增长和控制□1可持续的增长新设计产品的初次生产必须弄清随产品和工艺的复杂性以及员工的经验和训练水平而变化的因素。因此，在一定时间内，将要求工厂提高达到和保持可靠性目标水平所需的熟练程度。准确预测这种可靠性增长期是工厂和公司可靠性规划的一项基本活动。图11-3可靠性增长曲线图利用由设计、生产和现场工艺所提供的失效率和要求服务的数据来预测可靠性增长，就能够描绘出一条以图形来表示的可靠性增长曲线。复杂产品可靠性增长典型曲线形状如图11-3所示，即在生产阶段初期要求有最高的服务次数。过一段时间，随着相应的可靠性规划的实施，曲线逐渐变平，这反映出可靠性改进的程度。最后曲线稳定在生产全部产品的一个基本百分率上。□2可靠性的控制可靠性规划的下一项活动是持续控制，全面质量管理的产品控制工作，包括将影响产品可靠性的各方面工作：进厂元件、工序控制、运输等等。当改进一个制造过程和制定可靠性新标准之后，必须让其“巩固”，不允许它退回到原标准。产品的可靠性控制不仅仅是它本身，它还包括新产品设计的可靠性控制、进厂材料的可靠性控制以及产品生产的可靠性控制。在产品可靠性控制的每一个方面都蕴含了复杂的科学的方法，对这些方法研究得越深，管理者就更容易做好产品可靠性控制。自检：增加产品的可靠性，就相应的增加了产品的成本。有些企业认为在这方面投入资金不值得，还不如降低成本，从提高销售量上面入手来提高企业的效益，你认为呢？_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________见参考答案11-1。【本讲小结】产品可靠性是全面质量管理所涉及的主要领域之一。一个可靠的产品应该是在整个使用期间能够执行设计时所要求的功能的产品，可靠性是一种质量特性，它体现了当今的购买者的一种主要要求。可靠性是一种综合性的技术，应该从成本性能、顾客的要求及公司的水平等方面综合考虑。确定可靠性目标和方案，