可靠性的历史与今世 | 可靠性系统工程三部曲（上）

    中国制造2025与可靠性

    《中国制造2025》有三段话跟可靠性有关系，一是加强可靠性设计、试验、验证技术的研究和应用；二是推广先进的在线故障预测与诊断技术及后勤系统；三是国产关键产品可靠性指标达到国际先进水平。

    不过，规划里并没有说国产关键产品是什么。去年12月中旬习近平总书记刚到徐工集团考察，这是中国工程机械行业里的老大，全球排名第八位。其可靠性工程已经有了相当扎实的工作，这是从大到强的关键性一步。这反映了中国制造2025的一个迫切的需求。中国制造2025的前两年，中国工程院组织的制造强国战略研究的重大咨询项目，有了这个咨询项目才有后来的中国制造2025规划。在整个战略研究里，第三个课题叫制造质量强国战略研究，其中一个专题就是“我国制造业可靠性工程的质量强国战略”。这个是把航空航天过去将近30年的可靠性系统工程的实践总结提炼，以及结合笔者最近十余年参与的非军工行业可靠性咨询服务过程中的一些体会，形成的一个发展战略报告。

    笔者认为，中国制造业走向强国的一个重要基础工作就是可靠性系统工程，需要用系统工程的方法推进可靠性工作。这是在航空航天或者说整个武器装备领域推进可靠性工作的一套方法论，对外公开的名称就是可靠性系统工程理论与技术。

    浴盆曲线

    在可靠性领域的几个关键概念内涵，最为重要的概念就是浴盆曲线，任何一本可靠性教科书都会出现这个曲线，纵坐标是产品的故障率，横坐标是产品的使用时间。这是从统计上反映出来的产品故障发生的规律。

    图1 可靠性工程的浴盆曲线

    第一个规律就是曲线的第一段，在早期使用的时候，故障率非常高，要经过不断的维修、适应性的改进甚至修改设计、工艺，把故障率降下来；

    曲线的第二段，就是使用阶段故障率应该是很低的水平，而且还不应该发生剧烈的波动，最好保持常数，长时间保持低的水平；

    曲线的第三段，是表达低水平故障率保持到多长的规律。一般而言，保持到预期的使用寿命，过了使用寿命故障率又急剧增高。这是统计规律表现出来的。

    但是当产品从统计数据上看到了浴盆曲线第一个阶段的时候，即在用户的运维的过程中发现这个阶段的时候，说明企业没有对产品实现可靠性管理，或者说当出现了浴盆曲线早期故障期，说明可靠性工程实践是失败的。

    第二个阶段，如果在使用的过程中长期的故障率稳定不下来，并且浴盆底的高度还很高，也说明可靠性工程失败了。

    第三个阶段，如果使用时间没多长就坏掉、不能再用、老化、疲劳、断裂或腐蚀等，这些问题说明你的产品寿命也不符合要求，可靠性工程还是失败了。

    浴盆曲线可以折射出中国制造业的很多问题。

    目前中国制造业的特征在这三个点上都反映了，第一产品投入使用初期故障率很高，第二久久不能把故障率稳定下来，第三寿命还很短，所以这些问题交织在一起反映了企业的可靠性工程的实践出了问题。浴盆曲线就是这么一个有关故障发生概率和统计规律的曲线。

    故障六性

    跟故障相关的产品的设计特性，主要包含六个方面：可靠性、维修性、测试性、保障性、环境适应性和安全性。

    图2 故障六性

    这些特性都不是中国学术界发明的，当北京航空航天大学在1985年成立可靠性研究所、工程系统工程系的时候，国外这些专业词汇在学术界、工业界已经产生了几十年。

    早在1991年，北航可靠性与系统工程学院的创始人杨为民教授提出可靠性系统工程的概念，是从如何推进可靠性工作的角度提出的，最重要的是研究产品“故障的发生、发展及其预防和维修保障的规律”。

    可靠性系统工程的理念在航空航天兵器舰船等军工行业的实践中不断的在扩展推动。现在武器装备行业把这“六性”叫通用质量特性，这是笔者在2006年的一份战略咨询报告中提出来的一个概念，把这些与故障直接或间接相关的设计特性给了一个概括性的说法。那么，可靠性系统工程就是围绕产品保障规律组织管理通用质量特性工作的方法论。

    图3 可靠性系统工程内涵

    图3从方法论上进一步解释了可靠性系统工程，就是在研发阶段要进行与故障相关特性的设计、分析、试验评价工作，同时还要做与故障相关的系统设计、分析、评价工作。

    与故障相关的系统，则是指面向产品的使用维护和运维阶段，以前叫售后服务系统。没有经历过正向研发过程的时候，我们的解决方案当然是出了故障就要修好，这就是被动的维修服务，归到售后服务系统里，即使是售后服务系统也需要主动去设计。后来的维修保障系统、BIT、ATE、中央维护系统、远程维护系统、PHM故障预测与健康管理系统等，都属于与故障相关的系统，随着技术的发展，现在技术热点就是PHM系统。图3才是完整的针对故障的研发和设计，这个就是可靠性系统工程最基本的理念。

    可靠性发展历史与工业史

    质量与可靠性，是一对形影不离的双胞胎，而且伴随着工业化过程过去一百年的历程。

    图4 过程质量检验的发展史

    第一个阶段就是在大批量制造业出现的过程中。首先产生的产品质量检验。

    说起质量检验的概念可以查到中国古代，一把剑铸造的好不好，也取决于设计、制造、检验，但那是手工业时代，所有这些事情可能都是一个人做。但是工业化以后批量生产就不一样了，福特汽车在大批量生产时代，做的最有里程碑意义的事情，就是把质量检验从产业工人里面分出来，专门有一批人看着制造线上的产品，生产出来之后是合格的还是不合格的。这是真正的专业化质量检验，是基于专业化分工的流水线上的质量检验，质量专业因此而诞生了。

    质量检验又分为两个阶段，当批量比较少的时候是全数检验；后来，批量上来了，一年几百万辆车，零件上千万个，无法全数检验，统计的方法出现了——也就是抽样检验。这两个检验都可以叫做过程质量检验。过程质量检验的出现是质量可靠性发展历史上的第一个里程碑事件。