制造业企业可靠性体系建设研究

高 静，金春华

（北京信息科技大学经济管理学院，北京 100192）

0 引言

制造业企业的产品在功能、性能、质量方面的同质化已越来越明显，但企业之间可靠性存在差异性，可靠性高的企业拥有长期稳定的高质量产品，而客户往往趋近于可靠性更高的企业。越来越多的制造业企业认识到推行可靠性工作的重要性[1]。在工业4.0 的影响下，智能制造技术在企业的应用极大降低可靠性建设成本[2]，有助于推进企业可靠性体系的建设。然而推行组织可靠性体系建设既需要资源的投入，又需要合理的推进过程和节奏，通常需要经历长时间的评估，才能看出其效益。

1 组织推进可靠性体系建设的意义

可靠性管理体系的建设是企业具有战略意义的决策之一，也是一项较为复杂的系统工程，能够帮助企业提质增效，为推动可持续发展奠定良好的基础[3]。该体系的建设的终极目标为提升企业的持久竞争力，与世界及国内先进标杆企业在国际化竞争中保持优势。组织推进可靠性体系建设从以下5 个方面保障企业优势：

1.1 团队的学习与成长是保障企业优势的基础

可靠性体系建设将为公司培养各层次的可靠性技术队伍和管理队伍，为可靠性工作的开展奠定基础。企业需要有策略地制定人员的规划[4]，首先，企业要收集分析员工的基准信息，可以使用定量建模来收集有关员工年龄以及接受新事物能力的信息，并基于企业对工业4.0 普及率、生产力提升和收入增长的预测来模拟人员需求进行相关质量和可靠性的培训并制定相关措施[5]。此外，企业可以对人员缺口进行综合分析，以便了解有必要制定哪些措施，比如人员培养、转移、内包或外包、以及建立新的招聘目标。企业应不断重复这样的规划流程。团队的学习与成长为组织可靠性体系建立奠定良好的思想基础，便于企业上下并进，共同建立稳固的可靠性体系。

1.2 完善内部流程是保障企业优势的主要途径

组织可靠性管理体系的建立是一个复杂的系统工程，涉及到的工程活动很多，需要进行的每个活动之间存在前因后果的逻辑关系，依靠信息传递串起来。相关的流程工作是围绕着功能和故障两条线、依靠过程来实施的，因此识别和确定可靠性工作所需的过程及过程之间的接口、可靠性与其他流程之间的接口关系等，并形成标准程序，确定这些过程所需的职责、权限、流程、资源等，确保这些过程的协调一致，并为过程的闭环式改进和螺旋式上升起到保障作用。组织建设、绩效考核作为可靠性体系的基础建设将同步完善。

1.3 提升客户价值是保障企业优势的方向

可靠性工作的目标是在综合成本、技术、可验证性、技术先进性等各方面权衡后，所得出的最优化方案。组织管理层的决策并非基于手册进行，而是根据生成的数据与开发的数学和计算模型进行决策，据此可以提高生产效率，使客户能够获得高质量的产品和服务，以组织可靠性溢价提升客户价值以获得较高的满意度。因此，生产管理系统的可靠性体系产生的可靠性溢价，主要附着在该体系下的产品以及生产线使客户受益，从而提升客户满意与客户忠诚度，进而有助于企业品牌的建设[6]。

1.4 提升企业收益是保障企业优势的目标

可靠性体系在产品、管理、以及客户价值的提升，将有效降低产品生命周期费用，促进新产品销售比重的增加，通过提升市场份额，提升企业效益。可靠性体系工作是持续改进的工作，为企业持续提升效益作出贡献。

1.5 提升产业链可靠性水平是可靠性体系建设的最终结果

每个企业都处在一个产品链中，企业产品质量的好坏，不仅取决于企业的设计和制造水平，同时也依赖产业链上下游的产品质量和可靠性水平，在企业中推行可靠性，势必将辐射到上下游的企业，并以此为契机提升整体产业链的水平。

2 组织可靠性体系建设的工作内容

可靠性体系建设是一项系统工程[7]，各部门或单位都为实现RAMS（Reliability，Availability，Maintainability and Safety，可靠性、可用性、维修性和安全性）目标而进行组织、协调、监督、改进等工作。在此过程中组织保障是基础，流程和信息系统为两大支柱，RAMS 指标是核心及努力的方向。因此在进行可靠性体系建设路径时，可以总结为：一个中心（可靠性提高为中心），两个支柱（可靠性流程、信息系统），3 个基础（可靠性组织保障、基础设施建设、可靠性人员培养）。

2.1 可靠性基础建设

组织可靠性体系建设的3 个基础分别是可靠性组织保障、基础设施建设、可靠性人员培养[8]，3 个基础设定可靠性体系建设的框架与前提，降低后续进一步发展过程中的风险成本，有效提升组织可靠性发展水平。

（1）可靠性的组织保障包括：①建立可靠性主管的部门，负责企业的可靠性工作职责划分、可靠性的规划、实施监控、可靠性评审、故障审查组织、设备结构编码体系、可靠性培训、故障报告分析和纠正措施系统（FRACAS）、可靠性任务分配和执行控制，建立可靠性管理流程；②建立各部门在可靠性管理中的职责和权利以及相关的绩效要求；③建立相关的绩效考核以及与之相关的奖惩措施等。

（2）可靠性的基础设施包括：①建立必要的可靠性指标论证及可靠性指标验证必要的仿真资源；②必要的可靠性试验资源，包括试验场地、试验设备、试验系统等；③必要的失效分析资源，包括场地、分析设备、相关的系统等。

（3）可靠性的人员培养包括：①领导层在可靠性意识上的培养，只有领导的支持，才能在企业获得可靠性推进的必要资源和支持；②可靠性管理人员的培养，作为企业推进可靠性的中坚力量，这些人员应具备可靠性计划、监控、沟通、协调等能力；③可靠性技术人才的培养，包括设计开发人员、试验人员、失效分析人员、工程人员、工艺人员、制造人员等，这些人员是企业实施可靠性的核心人员，需要将可靠性和他们的专业相结合，将可靠性融入到设计、工艺、制造、储运等环节中，才能使可靠性得到真正意义上的保障。

2.2 可靠性技术

可靠性技术是检验产品失效可能性的手段，通过可靠性技术的检验可以明确产品失效的原因，进而提升其可靠性。随着数字化技术的进一步发展和关键技术的不断攻克，仿真设计——可靠性数字孪生，作为可靠性技术手段在制造业领域发挥举足轻重的作用。

（1）可靠性要求是产品进行设计开发和后续可靠性评估的依据和基础。可靠性要求应首先从客户需求分析开始，并通过QFD（Quality Function Development，质量功能开发）等工具演绎为设计开发的要求。同时可通过产品的使用环境以及相似产品的可靠性数据得到产品相对比较的指标。除了产品的定量可靠性要求外还有定性的苛刻要求，即可靠性的设计准则，参照这些准则能够有效的提升产品的可靠性。

（2）产品的可靠性是设计、生产出来的。设计模型中的可靠性对象应包含实体和环境两部分。可靠性设计决定产品可达到的可靠性的最高水平，其方法就要涵盖影响可靠性的每一个环节。通常传统的可靠性设计过程包含：可靠性建模、可靠性分配与预计、并通过简化设计、冗余设计、裕度设计和余度设计、降额设计、环境防护设计、热设计等方法来达到可靠性的要求。

（3）通过定性、定量的分析，对产品的可靠性状况进行剖析，明确产品可靠性现状或可能发现并出现的问题，并预先进行防范。可靠性分析包括FMECA 分析、故障树分析、潜在通路分析、电路容差分析、耐久性分析以及有限元分析等。

（4）可靠性验证是为确认可靠性的水平所开展的一系列工作。其中可靠性试验是验证的主要手段。可靠性试验包括工程试验和统计试验。其中工程试验就可分为环境应力筛选试验、可靠性研制试验和可靠性增长试验；可靠性统计试验分为可靠性鉴定试验、可靠性验收试验和寿命试验。

（5）可靠性的设计决定了产品可靠性的理论水平，通常的产品的可靠性都会低于其设计的水平，是由于在制造、储运、使用等环节由于工作和环境的应力会造成可靠性的降低，因此在这些环节采用合适的工艺、包装和储存环境对产品进行适当的防护将有效保障可靠性的水平或降低其发生故障的概率。

（6）产品的可靠性统计是通过有计划、有目的收集产品试验或使用阶段的数据信息，采用统计分析的方法进行分布的拟合优度检验、分布参数的估计、可靠性参数的估计，定量的评估产品的可靠性。

2.3 可靠性管理

组织的可靠性管理应基于组织原本的质量管理体系。在已有质量管理体系之上，企业可以按照适当的标准开展可靠性管理。

（1）可靠性需依赖于文件化的程序进行管理。可靠性的管理流程没有固定的模式，但是首先要与企业的管理体系相融合，如企业推行的ISO 9000 管理体系等，同时流程要与企业相应的管理流程相兼容，如很多企业推行的IPD 流程等；其次管理流程要与现有的信息系统管理相融合，包括研发、制造以及物料信息系统ERP 系统等；可靠性管理流程要与产品的复杂程度相适应，在满足管理的基础上，尽可能地简化流程。通常流程包括：可靠性策划流程、可靠性设计流程、可靠性分析、可靠性提升流程、可靠性验证、可靠性保证流程、可靠性监控流程、产品失效（故障）分析流程等；流程中通常要明确各部门在流程中的角色、在该流程中使用的可靠性工具方法、相应的输出以及流程间的接口关系等。

（2）可靠性信息系统是可靠性建设的另一个支柱，是可靠性持续提升的保障，通过信息系统，产品可靠性相关的信息、经验、教训等都在该系统能够一目了然，从而为可靠性设计和改进提供重要的输入。建立信息系统后，业务开展过程中对人员的依赖程度将大幅降低，从而有效保持业务持续性。可靠性信息系统包括但不限于：故障闭环信息系统（FRACAS）、故障模式库、产品的材料库、应力库、结构库等，以及相关的故障物理模型库等。可靠性信息系统要与企业相关的系统具有兼容接口，确保相关的信息能够联动、兼容减少相关人员的操作工作，降低由此带来的差错。必要时企业可设置相关的权限管理，以有效保护企业的核心信息。

3 组织推进可靠性体系建设的路径

可靠性体系工作是企业的一项长期工作任务，要做扎实，不能一蹴而就。急功近利将会造成体系工作于实际脱节，给研发工作造成负担，降低企业尤其是研发工作人员的工作积极性。为今后持续推进造成困难。因此需要从长远规划企业的可靠性体系建设。可靠性体系建设各阶段目标见表1。

表1 可靠性体系建设各阶段目标

对此给出通常企业推进可靠性管理体系进程的建议，处于不同发展阶段所面临的风险和挑战也不尽相同。因此，企业必须定期量度内外部风险，并针对各个阶段所面临的风险和挑战，量体裁衣对应的解决方案，未雨绸缪。各企业可根据自身的实际状况参考采用。

3.1 导入期

导入期是在企业推进可靠性管理的初期，这一时期的重要特点是，企业对可靠性的认识还不统一，对可靠性的工具方法还不了解。这一时期的重点是要初步建立可靠性的管理机制，包括初步建立可靠性的组织、管理流程、初步导入可靠性方法以及建立可靠性信息系统，并培养可靠性人才等。企业的导入期通常会经历1～2 年的时间，企业能否从导入期顺利进入成长期取决于领导的作用和资源投入。

3.2 成长期

企业进入成长期的主要特点是：企业的可靠性意识已经基本形成，可靠性机制初步建立，但是对可靠性的方法应用不系统、不深入。这一时期推行可靠性的重点是可靠性管理机制的完善、可靠性工具方法的深入应用、可靠性工作管理的深度和广度的扩展，以及可靠性工作向供应商以及客户端的延伸。成长期的具体成果将表现为：可靠性管理机制日趋完善，并且能够结合企业特点，形成独特的管理方式；产品可靠性日益提高，产品的市场竞争能力大幅提升；可靠性人才梯队逐步建立，内部讲师开始能够独立承担培训任务；可靠性信息系统基础数据日渐丰富，为产品开发和改进提供越来越详尽的信息参考；可靠性管理向上下游延伸，推广到客户端和供应商。

3.3 成熟期

企业经过3～5 年的可靠性推进后，将逐渐进入成熟期，这一时期最鲜明的特点是：可靠性已成为企业文化的一部分，可靠性管理与企业的各类管理有机融合，产品的可靠性将处于业界领先水平，可靠性不仅在本企业推广，而且逐步建立产业链的可靠性。企业在这一时期的可靠性将形成产品链的全员可靠性文化，可靠性的保障由基层员工自发保障和流程闭环管理，并形成自我完善的机制，确保产品的不断提升，而且通过对可靠性的研究，经引领业界的新材料、新技术以及新应用，成为业界的领袖和标杆。

4 结束语

制造业企业当前发展，相比于以前更加重视企业整体质量[6]、甚至整体产业链质量的发展。在企业原有的质量体系上建立可靠性管理体系，是对质量管理体系的升级；而工业4.0 背景下的数字化技术，极大地降低企业产品在设计、研发、验证、统计等方面可靠性的成本，可以进一步保障产品性能更稳定，保持产品高质量水平一致性。既符合中国制造2025 的要求，也提升了中国制造业在国际化、自由化市场中的核心竞争力。制造业企业应大力培育可靠性人才，在可靠性的组织管理上，结合自身企业实际情况，参考国内外先进经验，从宏观的公司质量管理体系中建立可靠性管理的程序体系[9]，从而实现可靠性管理体系化、专业化、规范化。