我国仪器行业的可靠性工作现状分析

朱嘉伟 ，李骞 ，高军

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610；2.广东省电子信息产品可靠性技术重点实验室，广东 广州 510610；3.广州市电子信息产品可靠性与环境工程重点实验室，广东 广州 510610；4.华南理工大学，广东 广州 510641）

0 引言

科学仪器设备是对事物组成、结构、相互作用的机理机制和变化规律趋势进行检测、表征并获得相关科学数据的工具。科学仪器具有技术密集度大、产品附加值高和组成结构精密复杂等特点，是被广泛地应用于科学研究和工业生产的基础性产品[1]。由于科学仪器在促进我国科技发展、国防建设和经济转型等方面具有举足轻重的作用[2]，中央财政于2011年8月专门设立了国家重大科学仪器设备开发专项（以下简称专项）资金，旨在进一步地推动我国科学仪器设备行业的发展，提升行业相关科研院所和企业的开发和应用能力，使科学仪器在支撑科技创新和国防建设，服务经济和推动社会发展等方面发挥更大的作用。然而，在专项工作推进的过程中发现众多的仪器设备在功能指标上能够达到预期的要求，而产品可靠性始终难以达到产品工程化的需求[3]，且与国外同类产品相比差异明显。有鉴于此，主管部门在2012年度申报的所有仪器专项中均提出了明确的可靠性指标要求，在这种背景条件下，重大科学仪器项目的可靠性工作就显得尤为重要。

本文正是在重大科学仪器专项高度重视研发仪器设备可靠性的背景下，通过分析国内外仪器行业可靠性工作开展现状和所处的水平，指出了我国仪器行业与国外仪器行业可靠性工作的差距，并通过问卷调查方式了解我国仪器行业可靠性工作开展状况，为相关仪器行业可靠性工作的开展提供了参考。

1 国内外仪器行业可靠性现状分析

1.1 国内仪器行业可靠性工作现状

随着我国改革开放30多年的发展，国产仪器行业不仅技术水平得到了长足的进步，其规模也在逐年增大[4]。据统计，我国拥有6 000多家各类分析仪器企业，已经形成了门类品种比较齐全、技术基础扎实和生产规模庞大的产业体系，且行业每年以20%的增幅高速发展。然而，随着我国经济发展和开放的程度越来越高，国产仪器企业要面对的不仅仅是国内同行的竞争，还要面对国外仪器企业的竞争。在国内仪器市场，特别是中高端、大型仪器设备市场，国产仪器设备与国外同类产品不具有任何的竞争能力，几乎全部需要依赖进口。据统计，我国每年上万亿元仪器设备固定资产投资中60%的科研仪器依赖于进口。另据海关统计，我国每年进口各类分析仪器的总额接近我国分析仪器产业总产值的50%以上。当前，中国仪器设备市场已经成为跨国仪器公司竞相争夺的阵地，而国产仪器企业不具备任何的竞争优势，有些用户甚至宁可高价购买国外的产品，也不选择具有相同功能且价格低廉的国产产品。

导致这一现象出现的原因，仪器行业人士普遍认为不是在于仪器技术先进性或测量指标，而是仪器可靠性与国外仪器相比差距巨大，这是由于我国仪器行业可靠性工作起步晚、开展不充分且重视程度不够导致的。国外仪器设备的价格虽然比国产仪器设备高出不少，但是，由于其可靠性高、稳定性好，后期维护调试成本比国产仪器低，用户使用放心，所以受到了不少国内客户特别是大客户的青睐。相比之下，国产仪器设备虽然具有价格优势，但是其可靠性不够高，后期维护调试成本比国外仪器高，造成了国产仪器 “产品叫好不叫座”的情况出现[5]。可靠性问题已经成为制约我国仪器行业发展和技术创新的一个严重障碍，如何突破这个障碍使国产仪器能够打开国际市场，在市场竞争中取胜，成为国产仪器业界的一个难题。

在国内，仪器行业开展可靠性研究和应用工作早有先例。1981年，原国家仪器仪表工业总局提出以DDZ-2型温度变送器、调节器为典型进行探索性的研究，摸索了可靠性应用的方法、途径和效果，最终使温度变送器的可靠性指标提高了1.6倍，调节器提高2.9倍；1986-1991年，原机械工业部先后发布 “仪器仪表限期考核可靠性指标”的通告，对仪器仪表的11个专业中的200多种产品纳入部级考核范畴，形成了仪器仪表可靠性方法、工作程序、技术规范等一系列技术文件，为开展可靠性研究、试验与考核评定创造了条件。但是到了20世纪90年代，仪器仪表主要走引进、消化吸收再创新的途径，侧重点放在引进制造技术而不是产品的设计技术，导致对产品可靠性设计的意识淡薄。加之计划经济时代推行的可靠性做法已经过时，国外新的可靠性理念、方法和工具发展迅速，导致本来与国外正在缩小的差距又很快地被拉大了。

仪器设备可靠性工作的开展是一项复杂的、投入巨大的系统工程，要投入大量的人力和物力，这会导致仪器产品的研发成本增加。由于前期可靠性投入费用高，会导致高可靠、高品质的产品由于价格昂贵而不能快速地占领市场，企业投入回报率不高，使得仪器企业对投入资本进行可靠性工作不积极，导致到目前为止国内仪器行业还没形成可靠性技术的相关研究和完整的标准体系，尽快地建立和形成我国分析仪器行业的可靠性工程技术体系，并推广应用到全行业的企业中去，已成为了推进我国分析仪器产业快速发展的迫切需求。

1.2 国外仪器行业可靠性工作现状

可靠性工程诞生在20世纪40年代，在五六十年代已经被西方发达国家应用到了航天工业当中。进入70年代，西方发达国家把可靠性技术广泛运用到各种各样的电子设备或系统。八九十年代可靠性研究进入更深层次的研究和发展。进入21世纪之后，提高产品的可靠性，更是提高产品质量的关键。当前，在现代西方发达国家的生产中，可靠性技术已贯穿于产品的开发研制、设计、制造、实验、使用、运输、保管及维修保养等各个环节。科学仪器发达的国家如美国、日本、德国等，仪器研发企业大多数秉承精益求精的产品开发理念，十分重视仪器设备产品可靠性工作，不仅拥有完善的供应商考察、物料优选体系，更是建立了完善的可靠性工作体系和验收管理方法，优异的可靠性，已经成为这些公司仪器设备产品的重要卖点和附加值增长点，国外仪器行业在进行可靠性工作时与我国相比，具有以下的优势：

1）有较完善的可靠性理论体系，产品设计人员具备良好的可靠性专业知识和技能；

2）建立了完整的产品可靠性数据体系，强有力地支撑企业设计人员在设计阶段、原材料采购阶段、产品生产阶段和试验考核阶段开展各项可靠性工作，如可靠性预计、可靠性分配、FMEA、FTA和仿真等，从产品源头就开始保障各项可靠性指标，使得所设计的仪器产品不仅功能满足设计要求，而且具有良好的可靠性水平；

3）建立了完善的可靠性标准体系，有利于全方位地指导开展仪器产品的各项可靠性工作；

4）重视可靠性试验、故障诊断和寿命预测技术的研究与应用，重视产品失效分析、现场使用数据的收集和反馈，对产品发生的故障形成了完善的闭环控制体系，这样能够使企业最大限度地发现产品的潜在故障并对之进行改进，从而提高产品的可靠性水平；

5）极为重视产品故障分析与数据积累，建立了完整的故障分析与记录体系，为产品设计开发提供了丰富的参考资源；

6）建立专门的部门对产品的可靠性水平进行把关，而且可靠性部门工作一般都是由具备了丰富的产品设计经验和可靠性知识的人员从事，能够更加有效地通过产品故障现象找出产品的可靠性设计薄弱环节。

正是由于具备了以上完备的可靠性技术管理体系，使得国外仪器产品不仅性能优越，而且具备高可靠性和高稳定性的特点，致使国外仪器设备比国产仪器设备的市场占有率高，我国仪器行业在市场竞争中处于劣势。

2 国内仪器企业可靠性工作调查

2.1 可靠性工作调研依据

为指导仪器专项承担单位实现科学仪器开发专项提出的可靠性指标并对其进行验证，科技部委托工业和信息化部电子第五研究所制定 《科学仪器设备开发可靠性工作指南》（以下简称 ‘指南’）。根据科学仪器设备开发专项小批量、多品种等特点，并结合开发专项现阶段可靠性工作状态和承担单位的总体情况，指南从可靠性工程管理、设计分析、试验评价3个方面，选择了14个工作项目用于开展可靠性工作，具体的项目如图1所示。

依据指南推荐的14个可靠性工作项目对国内118个仪器企业可靠性工作现状进行问卷调查并分析，主要结果如下：

a）可靠性工程管理

图2给出了可靠性工程管理5项工作在118个国内仪器企业的开展情况，可以看出5项工作的落实情况都不理想，118个企业中成立可靠性工作组的只有29%；开展可靠性工作计划制定与检查的企业最多，有31.36%；开展故障报告、分析和纠正措施系统建立与运行的企业有13%；开展对承担单位、转承制方和供应商进行监督与控制的企业有25%；开展转阶段可靠性检查与评审的单位最少，只有10%。

b）可靠性设计分析

图3给出了可靠性设计分析工作各模块在118个单位中的开展情况，其中，开展必选工作项目可靠性指标分配的单位只有14%；有13%的单位开展建模预计工作，开展可靠性设计准则制定与检查工作的单位最少，只有9%；相对来说，开展元器件、零部件和原材料选择与控制的单位比例最多，达到了27%；开展仿真分析工作的单位也只有14%。

c）可靠性试验评价

图4给出了118个单位开展4项可靠性试验评价工作的情况，可以看出，开展可靠性试验的单位比例较低，除了环境适应性验证试验开展比例最高外（26%）；其他3项试验的开展比例均未超过15%，其中，环境应力筛选14%，强化试验2%，可靠性指标验证试验8%。

从以上的调查结果可以看出，目前我国仪器行业主要存在着以下问题：

a）缺乏系统的可靠性管理体系

要做好可靠性工作，实现和提高产品的可靠性水平，可靠性工程管理是重中之重，其对有效地开展可靠性工作具有十分重要的意义。但是就目前来说，业内基本还没有形成一个系统的可靠性管理体系来对可靠性工作进行统筹、规划、执行和评审，这样会导致相关的可靠性工作效果大打折扣。

b）可靠性设计分析工作没有得到重视

产品的可靠性首先是设计出来的，设计分析工作是提高产品可靠性的关键，认真做好产品的可靠性设计与分析工作，是提高和保证产品可靠性的根本措施。但是设计分析工作在国内仪器行业内尚未引起足够的重视，如果这种情况不得到改变，势必就会影响国产仪器设备可靠性的提升空间。

图1 开发专项可靠性工作项目

图2 可靠性工程管理工作开展情况

图3 可靠性设计分析工作开展情况

图4 可靠性试验评价工作开展情况

c）可靠性试验评价工作的开展率较低

可靠性试验是为了发现产品在设计、材料和工艺等方面的各种缺陷而开展的，通过分析试验过程中的故障并对产品进行改进，从而使产品可靠性逐步地得到增长，最终达到预定的可靠性水平，可以说，可靠性试验是整个可靠性工作体系的关键一环。可是目前可靠性试验评价工作基本上没有在我国仪器行业得到充分的开展，特别是可靠性指标验证试验的开展比例如此之低，说明国产仪器行业对产品提出的可靠性指标基本没有进行实际的试验考核，可靠性指标对产品自身可靠性起不到一个约束的考核作用，可以说基本上是一个摆设。

我国仪器行业的可靠性工作还处于一个起步阶段，由于政策导向缺乏，企业意识淡薄，专业人才匮乏，资金设备不足等现实条件的约束，导致有许多关键的可靠性工作还没有在行业内得到普及，这种情况如果长期得不到解决，势必会制约我国仪器设备可靠性水平的提升空间，继续拉大与国外仪器设备之间的可靠性差距，从而影响其市场竞争力。

3 结束语

从上述的分析与调查结果可以看出，国产仪器设备可靠性水平与国外相比，差距明显，行业内可靠性工作开展水平和普及率都比较低，国产仪器行业可靠性工作存在着诸多亟待解决的问题，建立国产仪器行业可靠性工作体系并提高国产仪器设备的可靠性水平已经刻不容缓。但是，由于国产仪器行业的可靠性技术基础比较薄弱，在开展可靠性工作的时候会遇到许多困难，相关政府管理部门应该为其提供更多的专家指导和政策引导，仪器企业也应该注意对可靠性人才进行储备，加大对产品可靠性工作的投入，建立适合自身产品的可靠性技术体系和管理体系，促进仪器设备的可靠性提升，提高其市场竞争力，从而使国产仪器设备能够在国内市场占有更多的市场份额并最终参与分享世界仪器行业的市场，实现我国经济发展模式转型的战略目标。

[1]杨秀梅.仪器分析方法与分析仪器主要特点及发展现状综述 [J].生命科学仪器，2010，8（5）：43-49.

[2]张增照，谢少锋，古文刚.测量仪器可靠性分析技术应用探讨 [J].仪器仪表学报，2010，31（8）：268-272.

[3]黄英华.如何提高电子测量仪器可靠性水平 [J].中国标准化，1998（5）： 25-28.

[4]李春霞，贺孝珍.智能化仪器代表可靠性技术研究及应用 [J].自动化与仪器仪表，2007（5）：29-31.

[5]李昌厚.再论中国分析仪器的可靠性、产业化和有关问题 [J].光谱仪器与分析，2005（1）：11-18.