制造業企業可靠性體系建設研究

高 靜，金春華

（北京信息科技大學經濟管理學院，北京 100192）

0 引言

制造業企業的產品在功能、性能、質量方面的同質化已越來越明顯，但企業之間可靠性存在差異性，可靠性高的企業擁有長期穩定的高質量產品，而客戶往往趨近于可靠性更高的企業。越來越多的制造業企業認識到推行可靠性工作的重要性[1]。在工業4.0 的影響下，智能制造技術在企業的應用極大降低可靠性建設成本[2]，有助于推進企業可靠性體系的建設。然而推行組織可靠性體系建設既需要資源的投入，又需要合理的推進過程和節奏，通常需要經歷長時間的評估，才能看出其效益。

1 組織推進可靠性體系建設的意義

可靠性管理體系的建設是企業具有戰略意義的決策之一，也是一項較為復雜的系統工程，能夠幫助企業提質增效，為推動可持續發展奠定良好的基礎[3]。該體系的建設的終極目標為提升企業的持久競爭力，與世界及國內先進標桿企業在國際化競爭中保持優勢。組織推進可靠性體系建設從以下5 個方面保障企業優勢：

1.1 團隊的學習與成長是保障企業優勢的基礎

可靠性體系建設將為公司培養各層次的可靠性技術隊伍和管理隊伍，為可靠性工作的開展奠定基礎。企業需要有策略地制定人員的規劃[4]，首先，企業要收集分析員工的基準信息，可以使用定量建模來收集有關員工年齡以及接受新事物能力的信息，并基于企業對工業4.0 普及率、生產力提升和收入增長的預測來模擬人員需求進行相關質量和可靠性的培訓并制定相關措施[5]。此外，企業可以對人員缺口進行綜合分析，以便了解有必要制定哪些措施，比如人員培養、轉移、內包或外包、以及建立新的招聘目標。企業應不斷重復這樣的規劃流程。團隊的學習與成長為組織可靠性體系建立奠定良好的思想基礎，便于企業上下并進，共同建立穩固的可靠性體系。

1.2 完善內部流程是保障企業優勢的主要途徑

組織可靠性管理體系的建立是一個復雜的系統工程，涉及到的工程活動很多，需要進行的每個活動之間存在前因后果的邏輯關系，依靠信息傳遞串起來。相關的流程工作是圍繞著功能和故障兩條線、依靠過程來實施的，因此識別和確定可靠性工作所需的過程及過程之間的接口、可靠性與其他流程之間的接口關系等，并形成標準程序，確定這些過程所需的職責、權限、流程、資源等，確保這些過程的協調一致，并為過程的閉環式改進和螺旋式上升起到保障作用。組織建設、績效考核作為可靠性體系的基礎建設將同步完善。

1.3 提升客戶價值是保障企業優勢的方向

可靠性工作的目標是在綜合成本、技術、可驗證性、技術先進性等各方面權衡后，所得出的最優化方案。組織管理層的決策并非基于手冊進行，而是根據生成的數據與開發的數學和計算模型進行決策，據此可以提高生產效率，使客戶能夠獲得高質量的產品和服務，以組織可靠性溢價提升客戶價值以獲得較高的滿意度。因此，生產管理系統的可靠性體系產生的可靠性溢價，主要附著在該體系下的產品以及生產線使客戶受益，從而提升客戶滿意與客戶忠誠度，進而有助于企業品牌的建設[6]。

1.4 提升企業收益是保障企業優勢的目標

可靠性體系在產品、管理、以及客戶價值的提升，將有效降低產品生命周期費用，促進新產品銷售比重的增加，通過提升市場份額，提升企業效益。可靠性體系工作是持續改進的工作，為企業持續提升效益作出貢獻。

1.5 提升產業鏈可靠性水平是可靠性體系建設的最終結果

每個企業都處在一個產品鏈中，企業產品質量的好壞，不僅取決于企業的設計和制造水平，同時也依賴產業鏈上下游的產品質量和可靠性水平，在企業中推行可靠性，勢必將輻射到上下游的企業，并以此為契機提升整體產業鏈的水平。

2 組織可靠性體系建設的工作內容

可靠性體系建設是一項系統工程[7]，各部門或單位都為實現RAMS（Reliability，Availability，Maintainability and Safety，可靠性、可用性、維修性和安全性）目標而進行組織、協調、監督、改進等工作。在此過程中組織保障是基礎，流程和信息系統為兩大支柱，RAMS 指標是核心及努力的方向。因此在進行可靠性體系建設路徑時，可以總結為：一個中心（可靠性提高為中心），兩個支柱（可靠性流程、信息系統），3 個基礎（可靠性組織保障、基礎設施建設、可靠性人員培養）。

2.1 可靠性基礎建設

組織可靠性體系建設的3 個基礎分別是可靠性組織保障、基礎設施建設、可靠性人員培養[8]，3 個基礎設定可靠性體系建設的框架與前提，降低后續進一步發展過程中的風險成本，有效提升組織可靠性發展水平。

（1）可靠性的組織保障包括：①建立可靠性主管的部門，負責企業的可靠性工作職責劃分、可靠性的規劃、實施監控、可靠性評審、故障審查組織、設備結構編碼體系、可靠性培訓、故障報告分析和糾正措施系統（FRACAS）、可靠性任務分配和執行控制，建立可靠性管理流程；②建立各部門在可靠性管理中的職責和權利以及相關的績效要求；③建立相關的績效考核以及與之相關的獎懲措施等。

（2）可靠性的基礎設施包括：①建立必要的可靠性指標論證及可靠性指標驗證必要的仿真資源；②必要的可靠性試驗資源，包括試驗場地、試驗設備、試驗系統等；③必要的失效分析資源，包括場地、分析設備、相關的系統等。

（3）可靠性的人員培養包括：①領導層在可靠性意識上的培養，只有領導的支持，才能在企業獲得可靠性推進的必要資源和支持；②可靠性管理人員的培養，作為企業推進可靠性的中堅力量，這些人員應具備可靠性計劃、監控、溝通、協調等能力；③可靠性技術人才的培養，包括設計開發人員、試驗人員、失效分析人員、工程人員、工藝人員、制造人員等，這些人員是企業實施可靠性的核心人員，需要將可靠性和他們的專業相結合，將可靠性融入到設計、工藝、制造、儲運等環節中，才能使可靠性得到真正意義上的保障。

2.2 可靠性技術

可靠性技術是檢驗產品失效可能性的手段，通過可靠性技術的檢驗可以明確產品失效的原因，進而提升其可靠性。隨著數字化技術的進一步發展和關鍵技術的不斷攻克，仿真設計——可靠性數字孿生，作為可靠性技術手段在制造業領域發揮舉足輕重的作用。

（1）可靠性要求是產品進行設計開發和后續可靠性評估的依據和基礎。可靠性要求應首先從客戶需求分析開始，并通過QFD（Quality Function Development，質量功能開發）等工具演繹為設計開發的要求。同時可通過產品的使用環境以及相似產品的可靠性數據得到產品相對比較的指標。除了產品的定量可靠性要求外還有定性的苛刻要求，即可靠性的設計準則，參照這些準則能夠有效的提升產品的可靠性。

（2）產品的可靠性是設計、生產出來的。設計模型中的可靠性對象應包含實體和環境兩部分。可靠性設計決定產品可達到的可靠性的最高水平，其方法就要涵蓋影響可靠性的每一個環節。通常傳統的可靠性設計過程包含：可靠性建模、可靠性分配與預計、并通過簡化設計、冗余設計、裕度設計和余度設計、降額設計、環境防護設計、熱設計等方法來達到可靠性的要求。

（3）通過定性、定量的分析，對產品的可靠性狀況進行剖析，明確產品可靠性現狀或可能發現并出現的問題，并預先進行防范。可靠性分析包括FMECA 分析、故障樹分析、潛在通路分析、電路容差分析、耐久性分析以及有限元分析等。

（4）可靠性驗證是為確認可靠性的水平所開展的一系列工作。其中可靠性試驗是驗證的主要手段。可靠性試驗包括工程試驗和統計試驗。其中工程試驗就可分為環境應力篩選試驗、可靠性研制試驗和可靠性增長試驗；可靠性統計試驗分為可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗和壽命試驗。

（5）可靠性的設計決定了產品可靠性的理論水平，通常的產品的可靠性都會低于其設計的水平，是由于在制造、儲運、使用等環節由于工作和環境的應力會造成可靠性的降低，因此在這些環節采用合適的工藝、包裝和儲存環境對產品進行適當的防護將有效保障可靠性的水平或降低其發生故障的概率。

（6）產品的可靠性統計是通過有計劃、有目的收集產品試驗或使用階段的數據信息，采用統計分析的方法進行分布的擬合優度檢驗、分布參數的估計、可靠性參數的估計，定量的評估產品的可靠性。

2.3 可靠性管理

組織的可靠性管理應基于組織原本的質量管理體系。在已有質量管理體系之上，企業可以按照適當的標準開展可靠性管理。

（1）可靠性需依賴于文件化的程序進行管理。可靠性的管理流程沒有固定的模式，但是首先要與企業的管理體系相融合，如企業推行的ISO 9000 管理體系等，同時流程要與企業相應的管理流程相兼容，如很多企業推行的IPD 流程等；其次管理流程要與現有的信息系統管理相融合，包括研發、制造以及物料信息系統ERP 系統等；可靠性管理流程要與產品的復雜程度相適應，在滿足管理的基礎上，盡可能地簡化流程。通常流程包括：可靠性策劃流程、可靠性設計流程、可靠性分析、可靠性提升流程、可靠性驗證、可靠性保證流程、可靠性監控流程、產品失效（故障）分析流程等；流程中通常要明確各部門在流程中的角色、在該流程中使用的可靠性工具方法、相應的輸出以及流程間的接口關系等。

（2）可靠性信息系統是可靠性建設的另一個支柱，是可靠性持續提升的保障，通過信息系統，產品可靠性相關的信息、經驗、教訓等都在該系統能夠一目了然，從而為可靠性設計和改進提供重要的輸入。建立信息系統后，業務開展過程中對人員的依賴程度將大幅降低，從而有效保持業務持續性。可靠性信息系統包括但不限于：故障閉環信息系統（FRACAS）、故障模式庫、產品的材料庫、應力庫、結構庫等，以及相關的故障物理模型庫等。可靠性信息系統要與企業相關的系統具有兼容接口，確保相關的信息能夠聯動、兼容減少相關人員的操作工作，降低由此帶來的差錯。必要時企業可設置相關的權限管理，以有效保護企業的核心信息。

3 組織推進可靠性體系建設的路徑

可靠性體系工作是企業的一項長期工作任務，要做扎實，不能一蹴而就。急功近利將會造成體系工作于實際脫節，給研發工作造成負擔，降低企業尤其是研發工作人員的工作積極性。為今后持續推進造成困難。因此需要從長遠規劃企業的可靠性體系建設。可靠性體系建設各階段目標見表1。

表1 可靠性體系建設各階段目標

對此給出通常企業推進可靠性管理體系進程的建議，處于不同發展階段所面臨的風險和挑戰也不盡相同。因此，企業必須定期量度內外部風險，并針對各個階段所面臨的風險和挑戰，量體裁衣對應的解決方案，未雨綢繆。各企業可根據自身的實際狀況參考采用。

3.1 導入期

導入期是在企業推進可靠性管理的初期，這一時期的重要特點是，企業對可靠性的認識還不統一，對可靠性的工具方法還不了解。這一時期的重點是要初步建立可靠性的管理機制，包括初步建立可靠性的組織、管理流程、初步導入可靠性方法以及建立可靠性信息系統，并培養可靠性人才等。企業的導入期通常會經歷1～2 年的時間，企業能否從導入期順利進入成長期取決于領導的作用和資源投入。

3.2 成長期

企業進入成長期的主要特點是：企業的可靠性意識已經基本形成，可靠性機制初步建立，但是對可靠性的方法應用不系統、不深入。這一時期推行可靠性的重點是可靠性管理機制的完善、可靠性工具方法的深入應用、可靠性工作管理的深度和廣度的擴展，以及可靠性工作向供應商以及客戶端的延伸。成長期的具體成果將表現為：可靠性管理機制日趨完善，并且能夠結合企業特點，形成獨特的管理方式；產品可靠性日益提高，產品的市場競爭能力大幅提升；可靠性人才梯隊逐步建立，內部講師開始能夠獨立承擔培訓任務；可靠性信息系統基礎數據日漸豐富，為產品開發和改進提供越來越詳盡的信息參考；可靠性管理向上下游延伸，推廣到客戶端和供應商。

3.3 成熟期

企業經過3～5 年的可靠性推進后，將逐漸進入成熟期，這一時期最鮮明的特點是：可靠性已成為企業文化的一部分，可靠性管理與企業的各類管理有機融合，產品的可靠性將處于業界領先水平，可靠性不僅在本企業推廣，而且逐步建立產業鏈的可靠性。企業在這一時期的可靠性將形成產品鏈的全員可靠性文化，可靠性的保障由基層員工自發保障和流程閉環管理，并形成自我完善的機制，確保產品的不斷提升，而且通過對可靠性的研究，經引領業界的新材料、新技術以及新應用，成為業界的領袖和標桿。

4 結束語

制造業企業當前發展，相比于以前更加重視企業整體質量[6]、甚至整體產業鏈質量的發展。在企業原有的質量體系上建立可靠性管理體系，是對質量管理體系的升級；而工業4.0 背景下的數字化技術，極大地降低企業產品在設計、研發、驗證、統計等方面可靠性的成本，可以進一步保障產品性能更穩定，保持產品高質量水平一致性。既符合中國制造2025 的要求，也提升了中國制造業在國際化、自由化市場中的核心競爭力。制造業企業應大力培育可靠性人才，在可靠性的組織管理上，結合自身企業實際情況，參考國內外先進經驗，從宏觀的公司質量管理體系中建立可靠性管理的程序體系[9]，從而實現可靠性管理體系化、專業化、規范化。