踐行可靠性系統工程實現軸承行業高質量發展(續完)

盧剛

(中國軸承工業協會，北京 100055)

4 技術成熟度是軸承產品可靠度的基礎

4.1 技術成熟度

我國軸承工業經過了80年的發展歷程，但軸承制造技術仍然不夠完善，不夠成熟，其最集中的體現是在高端軸承制造領域。

工業化的成熟離不開技術的成熟。軸承是一個細化得不能再細化的基礎件，但涉及的技術卻很寬泛：材料工程技術、精密制造技術、檢測技術、試驗技術、實時監控技術、潤滑技術、密封技術等。綜上，認為軸承技術的成熟度包含了5個內容：1)實用性程度；2)技術生命周期；3)工藝流程的完善程度；4)配套資源的完善程度；5)技術發展狀態。

軸承技術成熟度的內涵及發展如圖6—圖8所示。從圖中可以看出，軸承技術成熟度與時間密切相關,與期望相關,與市場需求相關,與同業競爭相關,與產業鏈相關,與技術進步及發展相關,與開放不開放相關！

圖6 軸承技術成熟度的內涵

圖7 軸承技術成熟度(新技術)發展全過程

圖8 軸承技術成熟過程分解

4.2 技術成熟度評價

評價技術成熟度離不開技術應用的滿意度。滿意不滿意取決于對應的期望：期望高，滿意度就會低；期望低，滿意度就高。但仍是有客觀標準的：1)滿足應用要求；2)技術極致；3)經濟可行；4)推廣應用；5)規范與價值效果。

4.3 SKF的案例

筆者在2011年參加ISO/TC4第25次(布魯塞爾)會議期間，訪問SKF ERC時得知其研究從概念到產品，按技術成熟程度分為3個階段、9個等級，上一階段的結束與下一階段的開始互有重迭，如圖9所示。

圖9 SKF產品的技術成熟度劃分

4.4 NASA案例

NASA(美國航空航天局)于20世紀70年代提出了技術成熟度(Technology Readiness Levels，TRL)的概念，1995年起草并發布了《TRL白皮書》，將其確定為9個等級，并于2005年得到了美國國防部的正式確認，如圖10所示。

圖10 NASA的技術成熟度劃分

從圖10可以看出：TRL1涉及科學與技術知識成果，TRL2—TRL 7屬于技術開發，TRL3—TRL7涉及試驗，TRL5—TRL8涉及產品化，TRL6屬于模擬。一般認為，處于TRL5及以后等級的科技成果具備一定的實用性，可以進入科技成果轉化進程。據國外學者統計，創新活動中42%的發明處于概念驗證階段(即TRL2階段)，29%的發明處于實驗室原型(機)狀態(即TRL4階段)，能夠實際商業化應用的只有12%。不是所有的技術創新都具有或都能轉化為商業價值，要支撐12%成功率，需要概念驗證階段(42%的發明)和實驗室原型狀態(29%的發明)的艱苦工作。

另外需要注意的是，上述9個等級是從技術研發所經歷的階段或過程進行的劃分，即從研究→開發→產品化等若干里程碑來劃分，不涉及配套技術、資源，市場成熟度及外部環境等方面的情況，適合于只考慮技術因素而不需考慮其他因素的情形。

5 中國特色的工業化過程

國外的工業化過程，過去一百年已經逐步實現了現代化。西方先進國家的制造業平均每十年左右就會普遍遇到一類共性問題并最終得到解決，即在“發現問題→研究問題→解決問題”的循環往復中、按部就班的發展起來。

中國工業化進程從新中國開始，迄今大致約70年，習慣分成2個階段：改革開放前與改革開放后，即所謂前30年和后40年。

5.1 改革開放前的30年

改革開放前的30年主要是打基礎，布局工業體系。最終，工業體系已具模樣，但基礎打得卻不牢固。面對“一窮二白”的底子，一切“從無到有”，難免“急于求成”，也顧不上“按部就班”！

在20世紀五六十年代，“測繪仿制”，拷貝模仿，或者干脆就叫“山寨”。這是一個發展中國家走向工業化的必由之路，也是一個國家工業化快速發展的必由之路。就像德國當年模仿英國，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，只有生產過程的質量管理。彼時中國還不是消費型社會，消費能力不強導致生產批量很小，產業規模不大。因此在改革開放前的30年，研發上基本是測繪仿制，制造上也沒有大批量、規模化，滿足不了人民生活和社會發展的需求。這個背景下，認識不到對于質量可靠性的需求，即使有也很弱。

基礎不同，積累也不一樣。同時期的工業化國家經過工業革命，已經有了100多年的發展，其社會需求豐富且充足，有力地促進了制造業的規模化發展，制造過程的質量控制、質量檢驗的發展也很充分，在二戰時期形成的許多科技成果，隨著20世紀50年代可靠性概念的出現，開始有了正向研發，美國軍工行業也開始建立研發程序(采辦程序)，經過30年成熟過程可謂爐火純青。制造業規模和質量均獲得迅猛發展。而中國制造的正向研發從改革開放后的20世紀80年代才開始，軍工行業晚了30年，而非軍工行業又比軍工行業晚了20年左右，差距自然不小。

5.2 改革開放40年

20世紀80年代前，國外的可靠性、維修性工程實踐了20多年，概念、方法齊全但效果并不佳，武器裝備的可靠性也差強人意。因此，美國國防部狠抓可靠性、維修性管理，制定出很多政策文件。同一時期，我國新型殲擊機(殲十)立項，北航受到美國重視可靠性的啟發，成立了可靠性系統工程專業。在對可靠性工程幾乎一無所知的背景下，老一輩專家開始了可靠性技術研究，既是專業，也是創業。正是這個高屋建瓴的行為才造就了今天的可靠性系統工程的應用成果。隨后，我國在20世紀90年代提出了可靠性系統工程，重點攻關與故障相關的特性設計。通過近40年的發展，在管理的方法論方面基本趕上國外水平，而且具有一定的特色。

5.3 中外工業化過程對比

從圖11可以看出：生產過程管理上，中國落后國外40年；研制程序管理上，中國落后國外30年；全系統全壽命管理上，中國落后國外20年。實際上，考慮非軍工行業與軍工行業的差距，恐怕落后時間還應再加上10年。

透過中外工業化發展的對比——生產過程、研制過程和全系統全壽命的管理，可以看出可靠性系統工程的誕生背景。實際上，這些完全應對了“可靠性是設計出來的,生產出來的,管理出來的”論斷(錢學森)。質量也符合這個論斷：是設計出來的，生產出來的，管理出來的。中國制造要從大國變為強國，企業必須遵循“設計→生產→管理”的路子，狠抓質量和可靠性,而以系統工程方式推行可靠性技術與管理是一條現實可行的成功之路。

6 可靠性系統工程解讀

實施可靠性系統工程的8個要素、5種應用模式，共同構成了企業的可靠性系統工程能力。

6.1 實施要素

如圖12所示，實施可靠性系統工程的8個要素包括指標體系、組織形式、專業隊伍、工作流程、規范指南、過程控制、數據信息、技術集成。

圖12 可靠性系統工程的實施要素

6.2 應用模式

如圖13所示，可靠性系統工程的5種應用模式包括故障歸零模式、試驗把關模式、定量設計模式、故障補償模式、綜合集成模式。

圖13 可靠性系統工程的應用模式

6.3 能力等級評價

可靠性系統工程能力等級根據可靠性系統工程能力的不同水平進行劃分，每一等級都代表了組織改進過程中經歷的一個階段。通過可靠性系統工程能力成熟度評價可以判斷企業可靠性做的好或不好，其每一級都有詳細的定義，企業需按規定一步一步走，循序漸進。

6.3.1 能力成熟度

第1級是已執行級，也稱初始級。開始RMS(可靠性Reliability、維修性Maintenance、安全性Safety)的各項工作，但工作項目不完善，各項工作處于混亂狀態，沒有良好的計劃和跟蹤監控，RMS工作不能與產品的設計、試驗和生產過程相融合。RMS工作的效果取決于執行工作的人員素質。

第2級是已管理級。RMS工作有專人負責，成為一項專業，并且與設計、試驗和生產過程相融合，產品的RMS專業特性得到保證。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。

第3級是已定義級。建立了組織的RMS標準規范，各項目實施中RMS工作均按照標準規范執行，產品的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。

第4級是定量管理級。RMS工作的執行可用量化指標度量，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，從而實現對產品RMS工作的控制和管理。

第5級是優化級。組織能對RMS工作進行整合及優化。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，組織可靠性系統工程能力會得到不斷的改進和完善。

6.3.2 能力評價要點

工程能力評價分為4大類指標、10個項目、24個要點，計分點共100多個，具體分布見表4。

表4 工程能力評價指標

根據已經實施可靠性系統工程企業的經驗，依據給定評判模型，好的企業從導入可靠性開始，用5年左右的時間就能達到5級水平，但也有的企業長時間停留在2級水平。

6.3.3 評價效果

不同能力級別的評價效果如圖14所示。航空企業中已經有20多個單位完成了能力評價，有些已達到了第3級并開始形成自己的標準。航空企業雖然做的很好，也不過是在第2、第3級水平，而華為應該已達到第5級的階段。從可靠性角度來看真的很不一樣。另外，這個評價模型也可以用來進行企業自評。

圖14 不同能力級別的評價效果

6.4 打造中國制造業可靠性系統工程生態

如圖15所示，工業界、學術界、生產性服務業共同構成了可靠性系統工程生態圈。

圖15 可靠性系統工程的生態圈

6.4.1 工業界

制造業的企業是牽引可靠性工作的動力，可靠性需求會帶來新的發展，更高的質量要求，更強的社會責任，最具中國特色的中國產品的使用場景，這非常重要。例如，地鐵出入口的閘機雖然有國產產品，但由于總出現故障而影響使用，特別是高峰期造成的影響非常不好，鑒于產品的可靠性要求，選擇安裝了西門子公司的產品。產品初期使用效果挺好，但當地鐵載客量越來越多時，產品故障率也逐漸提高，西門子公司也很奇怪在國外得到一百多年驗證的閘機怎么到中國就不好用了。通過調查，西門子公司發現中國地鐵人流量太大了，一個個過閘機的頻度是全世界最高的，其軟件、硬件不適應這個頻度，就出現了故障，所以使用場景不一樣，也會影響可靠性。

6.4.2 學術界

可靠性是大學里一個成長中的新學科，可靠性從工程走向科學需要培養大量的專業人才，進行更多可靠性的基礎研究、技術研究。國外從事可靠性研究的教授很羨慕我們，認為中國制造業的發展歷程和使用場景與國外不一樣，中國的研究人員近水樓臺，會遇到質量可靠性學科發展的新問題，研究內容是國外專家接觸不到的，這樣發展下去，未來十年或二十年后中國的可靠性學科就會步入世界領先地位。這個思考的角度讓我們很受啟發，對中國的可靠性研究也非常有信心，問題在于我們如何去努力。

6.4.3 生產性服務業

生產性服務業，即“十九大”報告中的“現代服務業”，這是創業者的樂園。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代服務業也要有跨越式的發展。

6.4.4 小結

可靠性系統工程生態圈的發展，預示著正在交互打造中國可靠性的生態鏈，這是未來的發展方向和目標。

7 軸承企業實施可靠性系統工程的路徑與建議

7.1 企業實施可靠性的切入點

軸承企業迫切關注的共性問題有2點：1)改變“微利”狀況；2)發展高端產品，開展長壽命高可靠性軸承攻關。然而，制造過程的成本太高：原材料漲價,勞動力成本提高，融資成本、質量成本、企業運營成本都是一個“漲”字。長壽命高可靠性早已成為軸承長盛不衰的賣點，也是軸承的核心競爭力。降成本、延壽命應該是推動實施可靠性的強大動力，現舉例說明。

7.1.1 長虹的經驗

長虹公司于2007年開始導入可靠性，當時售后數據顯示維修費用約占利潤的30%。電視機的利潤本來就薄，要想保住利潤就要高可靠性。家電行業售后數據統計的非常清晰，返修率都能計算出來。實施可靠性工程直接導入的就是試驗考核。所有電視機在出廠前均進行可靠性試驗考核，不通過試驗考核方案就不能投產上市。這個規定開始執行時遭到了設計師的抵制，公司初期采取項目組自愿選擇，可選擇按照試驗考核流程，也可繼續按原有流程進行。經過半年的數據收集，發現通過考核型號產品的返修率明顯下降，按原有流程生產的產品的返修率依然很高。實踐表明試驗考核流程優勢巨大，后期也在全生產線得到了執行，隨之制定了可靠性試驗考核標準并固化了流程。之后5年的數據表明，產品的返修率均值整體降低，波動也很小。

7.1.2 徐工的經驗

徐工實施可靠性工程的出發點是為了實現工程機械產品的高可靠性，目的是提高產品的市場競爭力。實施成果顯著：輪式起重機故障率下降 20%以上；3～6 t，7～12 t裝載機總體故障率分別下降7.9%和17.9%；360 t礦用挖掘機油缸在澳大利亞實現無故障運行8 000 h；主攻的亞太區收入同比增長40.1%；主攻的高端市場在美國取得重要進展；主攻的海外后市場備件出口首次破億元大關，增長1.4倍；跨境電商與海外二手車銷售均破5 000萬元人民幣，主攻的新產品大項目旋挖鉆機出口同比增長1.75倍，援外項目收入近億元并增長3.5倍，全力以赴為母公司拿下的大型成套礦山機械大單將改變這個行業的世界競爭格局。

7.1.3 航空航天的經驗

航空航天“高大上”，成本與競爭的問題與普通制造業比起來幾乎可以不計，但其“安全性”要求卻是“天下第一等大事”。航空航天領域的可靠性也應該是尖端級的。其最值得學習和推廣的經驗就是 “歸零”：那怕是成功之后的再重復，也要從零開始，一絲不茍，持之以恒。目的就是實現高可靠性。還有一條經驗就是：做好可靠性，三分靠技術、七分靠管理。將管理對實現可靠性目標的重要性放到了第1位。

7.2 實施可靠性系統工程的建議與路徑

對于國內軸承企業，提出以下3點建議：

1)企業主導產品的市場有高可靠性需求；

2)企業有發展高端軸承市場的規劃；

3)企業決策者意見一致，意志堅決。

有條件接受以上建議的企業，應該考慮實施可靠性系統工程計劃。可靠性工程的實施，不是一個短期運動就能解決的，需要對組織、流程進行系統規劃，并按照非常規范的專業方式循序漸進，建議實施步驟如下：

1)招聘并培養可靠性專業技術人才(技術與領導層，少數骨干)。

2)應用專業知識，以專業視角研究企業實施可靠性系統工程的切入點，制定初步實施方案。

3)委托(聘請)專業可靠性研究推廣機構咨詢、輔導，確定實施方案。

4)決定指標體系。①設計口：產品的長壽命與高可靠度，產成品技術指標；②制造口：全工藝流程，原材料指標，主要工藝過程指標，產成品技術指標實現，試驗驗證指標等；③過程口：工序能力指數，SPC技術應用，檢測與分析記錄；④管理口：技術、質量、設備、資金、營銷(市場)等服務與協調。決定指標體系是成功實施可靠性系統工程的關鍵。降低成本，減少返修、返工，精益高效，縮短優質產品上市時間，挖掘潛力、擴大產能、創造利潤等實施成果都將在指標體系中得到反映。另外，需要應用數字化技術使各指標所在環節互聯互通、共享數據、協同管理。

5)召開實施動員大會，分解指標，落實責任。

6)定期考核、整改，達成PDCA循環。

7)達標驗收。

8)規范化、標準化、制度化。

7.3 可靠性系統工程需要“工匠精神”

“工匠”是經濟實體的精英團隊。工匠是個體，工匠精神是群體。企業可靠性系統工程需要“一批”而不只是“個別”工匠。工匠是企業文化的產物，更是工業文化的產物。培養工匠需要“文化”，更需要優秀員工的“悟性”和“磨練”。在浮躁空前的當今，沒有守得了清苦和耐得住寂寞的自我修養，很難造就工匠和工匠精神。

1)工匠精神要義

敬業愛崗，見賢思齊；勤于業務，善于學習；精益求精，止于至善。

2)工匠精神的“四破”與“四立”

破從眾心理、立“好奇出眾”心理，敢為人先；

破雷同效應、立“嘗試”新鮮，達成殊途同歸，皆有可能效果；

破迷信權威、立“質疑解疑”思想，尋求突破思維；

破經驗主義、立與時俱進，改進優化，實踐出真知觀念。

3)工匠精神的基本要求

克制浮躁，提倡單純，專心致志；腳踏實地，埋頭苦干，少一些急功近利；多維思考，靈活應用，但不投機取巧；干優質產品，樹精品崗位；關注細節，謹小慎微，追求極致。

臺上一分鐘，臺下十年功；十年磨劍，功到必成。