基于FRACAS的工程机械产品问题管理平台建设＊

霍建军，上官琪，刘波，梁麟

（广西柳工机械股份有限公司全球研发中心，广西柳州 545007）

0 引言

工程机械产品属于大型、复杂的机电液一体化系统，随着行业的快速发展，产品迭代升级，对工程机械产品的技术和性能需求日益提高，众多新技术、新材料、新工艺应用其中，但与此同时影响产品性能的因素也随之增多。此外，由于研制周期短、任务重，工程机械产品在试验期间的故障暴露不充分，导致部分系统性故障没有根除，提高了产品发生故障的概率。因此，在研制和生产过程中保证产品的可靠性已成为工程机械制造企业的重要工作内容。

故障报告、分析和纠正措施系统（FRACAS）是国内外普遍使用的可靠性管理技术，该技术主要指在产品研制过程中，基于“信息反馈”和“闭环控制”的原理，按照规范化的流程，报告产品的故障，分析故障发生的原因，制定和实施有效的纠正措施，同时把故障原因和纠正措施信息反馈到设计和开发过程中，以达到防止故障再现的目的，提升产品可靠性。当前，FRACAS 已被广泛应用于航空、航天、医疗、电子、通信等领域中［1-4］，成为故障信息管理和控制的一项通用技术，是促进产品可靠性增长、提高产品质量的重要手段。

工程机械产品可靠性的提升需以优秀的可靠性设计作为保障，在可靠性设计过程中，基于FRACAS闭环管理流程能分析工程机械产品研制阶段的故障数据，建立故障信息数据库，梳理产品故障典型案例，并且可为其他产品项目的研制提供技术与经验支持；该流程实现了产品问题归零化，为制造高可靠性水平的工程机械产品提供基础保障。本文结合企业实际情况，提出使用FRACAS 技术构建工程机械产品故障信息管理系统。

1 FRACAS闭环管理

FRACAS 系统的有效性体现在基于使用统一标准化的流程下，能及时发现产品在研制过程中暴露的故障，并从技术、管理方面分析故障原因，提出并验证纠正措施，防止故障再现（如图1所示），能有效提高产品可靠性。

图1 FRACAS流程图

2 LG_FRACAS的建立及要求

基于FRACAS 故障闭环管理要求，并依据广西柳工机械股份有限公司（以下简称公司）产品的开发流程，建立适用于工程机械产品及符合公司产品研发特点的柳工产品问题管理系统（LG_FRACAS），重点实现以下6 个目标：①实现产品从样机制造、样机评审、性能测试、可靠性试验到批量销售跟踪等阶段的问题闭环管理，使问题管理更加清晰、便捷。②征集客户需求，构建产品问题管理IT平台，规范研制过程中的问题跟踪活动，提高问题跟踪的自动化水平。③建立跨部门（设计、工艺、制造、采购、试验、质量、服务等）跟踪机制，实现产品相关部门信息互通，提升研发效率，缩短研发周期。④实现产品研制问题数据存储集成化，以及问题分析、处理等信息的收集整理，为后期产品开发及管理奠定基础。⑤集成产品线功能树图，纳入系统进行管理，实现产品系统模块故障区域记录，以及功能树图的平台化管理。⑥实现从公司级、产品线级（子公司）、项目级的3 级报表统计功能，方便各级人员开展统计分析工作。

目标制定后，首先要建立系统管理和运行的工作流程体系及管理规范［5］，明确处理故障过程中各类角色的职能分工及注意事项，按照科学的流程形成闭环。其次要做好各项系统模块及系统流程的设计，便于用户分类录入及传递信息，提高系统平台的操作性。最后要建立配套的信息数据库，充分发挥数据的作用。良好的系统平台设计可保证数据的安全性、完整性和可利用性，同时为后期开展产品可靠性分析提供数据保障。

2.1 明确工作流程体系

在LG_FRACAS 系统开发之前，需结合企业自身的实际情况，根据当前业务模式及需求确定系统平台的工作流程体系。所有产品研制阶段的故障信息应统一由可靠性部门进行归口管理，该部门主要负责规划并建立故障信息闭环管理系统及其后续日常管理事务，数字信息管理部门负责该系统的技术支持及维护。在该体系下，按照企业具体业务的工作流程设定人员角色，每个角色均与产品故障处理过程息息相关，主要包括故障报告人员、故障分派人员、故障数据分析人员、方案制订（纠正措施）人员、方案审核人员、方案实施及验证人员等。可预先赋予这些角色相应的数据权限，将其权限设定在系统流程节点下，便于信息流转与互通。此外，故障信息数据是LG_FRACAS 系统管理的主要内容，从流程创建到闭环管理，主要包含产品收集或跟踪到的所有问题记录（产品研制各阶段的设计、装配、评审、试验、用户的抱怨/意见等问题信息）、分析原因、制订改进方案、预防措施及基于数据辅助而整理形成的知识库案例报告、图形和报表等［6］。

2.2 制定工作规范

LG_FRACAS 系统对公司传统的线下碎片式管理模式进行了革新，将产品的系统模块结构、产品线分类与部署、研制阶段的产品问题、问题解决审签流程、产品的运行记录、资源库、报表等各类信息融入统一的管理系统中。由于LG_FRACAS 系统涉及的范围广、业务流程长，为保证整个系统成员能统一协作，高效地完成任务，必须制定科学的工作规范，具体内容如下：①确定LG_FRACAS 系统的主要目的，包括故障信息的筛选、流转、利用、实施等。②需对用户使用界面予以充分考虑，即产品故障信息从报告录入到分析处理再到归档关闭的各项内容和格式，包含故障信息录入界面、分派界面、原因分析界面、纠正措施（方案制订）界面、方案审核界面、方案实施汇报界面等。③在产品研制的不同阶段，需分别进行模块分类，根据模块划分产品故障报告，按产品研制时间维度进行可靠性管理。④对于重复发生或故障等级较高的故障数据，需进行问题关联跟踪及上报负责人审批，加强对事件处理过程的监控。⑤根据各子公司的需要，设计可输出多种维度的数据内容，方便用户对产品数据进行整理与分析。⑥根据不同产品类别提前整理，录入各产品功能结构树图和编码，便于用户在系统中确定故障信息所属位置。⑦在报告界面设置时间统计控件，对于长时间未操作的单据，可以统计其滞留时间及状态信息，还可以对流程中各节点设置邮件频次提醒，便于定期发送邮件通知。⑧应提前考虑是否与公司其他信息系统存在数据互联关系或需求等。

2.3 平台模块设计

平台的模块化设计是把整个LG_FRACAS 系统划分为多个功能模块，各个模块间采用标准的功能接口，使系统的设计、实现简易、快速且低成本。系统模块化设计具有可扩展性、可更改性、可重用性的优势。系统模块化功能的实现是由各个封装好的子功能模块实现的，并且具有开放的接口，当其他系统有同样的业务需求时可以直接调用，为后期系统的功能扩展和维护提供便利。

软件平台各功能模块分工明确，共同支撑并实现对基础数据和信息的收集，设计为以下5个功能模块（如图2所示）：①用户管理模块。维护用户信息，统计系统基本用户数据。②产品问题闭环管理。系统主体功能，记录所有用户录入的产品问题，实现问题方案制订、方案审批、方案实施、方案验证等产品全生命周期的跟踪功能。③功能树图管理维护。作为产品问题管理模块辅助信息录入，让用户能快速地定位产品问题（或故障）所属模块，针对性地制订方案，提高解决问题的效率。④产品线机型维护。作为辅助信息录入，使用户能快速定位产品问题（或故障）所属机型，提高解决问题的效率。⑤数据统计报表模块。将产品问题数据采用报表形式进行统计，可通过多个维度（产品线、机型、模块）直观地评估各个产品线产品问题并进行业务改进，最终达到目标。

图2 LG_FRACAS平台模块设计

2.4 程序流程设计

程序流程设计是实施LG_FRACAS 系统故障闭环管理的核心，为保证跨部门、跨岗位的员工之间能协同合作，将企业内部现有的资源进行有效整合，使公司内的业务流程起到监控目标、高效执行任务的作用，确保任务能顺利完成。

LG_FRACAS 系统的操作流程充分考虑各行业FRACAS 系统在工程应用中应注意的问题［7］，制定了如下监控环节：故障报告—故障分派—故障确认—原因分析及纠正措施制定—方案符合性审核—纠正措施实施—效果验证—预防措施—问题关闭归档（如图3所示）。基于以上流程，使公司产品研制阶段实现产品质量信息完整、有效、可追溯。

图3 LG_FRACAS闭环管理流程

在执行LG_FRACAS 流程的时候，用户可以根据产品不同研制阶段发现的故障进行填报，然后由项目主管将该问题按照责任划分进行分派。对于工程机械产品研制问题解决过程而言，最重要的是故障报告及分派、故障原因分析及纠正措施制定、纠正措施的实施及验证。

2.4.1 故障报告及分派

工程机械产品在研制过程中发生的所有问题（以下简称故障）都应进行记录，故障发现者应及时、准确地将问题进行汇总整理，所整理的内容应能完整、真实地反映故障情况，便于后续分析原因。此外，还应注意记录故障的名称、机型、样机号、工作小时、环境工况、上报时间、故障模式（如开裂、卡死、振动、松脱等），以及初步判断故障发生等级等重点信息。

由于产品研制进度存在差异，导致不同时期的产品故障解决流程也会有差别，故问题录入时需先明确对应研制阶段的流程模块，然后按照规定的故障报告格式进行填写（如图4所示）。此时，录入者应注意对故障信息进行详细描述，并进行初步分析和归类，产品主管将故障报告进行分派，分派过程是对产品故障的进一步确认和分析，需再次确认故障发生等级，被分派部门可涉及设计、工艺、质量、采购、制造等部门。

故障确认过程中如果发现重复故障（相同机型重复发生），需在系统中选择并绑定该故障首次发生的单据，由系统自动完成故障等级升级，以便对该故障进行监控处理。

2.4.2 故障原因分析及纠正措施制定

（1）产品故障责任部门在收到故障报告后，需进一步按照报告内容进行核实确认，通常采用测试、试验等手段复现故障或依靠故障证据的方法证实故障现象的真实性，给出临时处置措施，再进行详细的故障原因分析。系统将故障分析分为可能原因分析及根本原因分析（如图5所示），帮助梳理“故障链”，提高工程师解决问题的能力。

图5 故障原因分析及纠正措施制定界面

（2）故障分析小组（改进负责人）根据根本原因制定纠正措施，并按照规定逐一填写故障纠正的措施报告，随后提交给相关审核人，以评估故障纠正措施的可行性和有效性。

2.4.3 纠正措施的实施及验证

（1）故障纠正措施通过审核后，改进负责人应将纠正措施用于原样机故障系统或设备，进行试验或重新测试，若实施部门确认方案有效，则需提出防止故障再次发生的主动预防措施，完成相应的故障单据闭环。

（2）管理部门需将已验证的案例报告进行审核、确认，同时判断此报告的合规性及合理性，并决定是否将故障报告及纠正措施纳入典型案例知识库中，完成入库归档。

（3）若纠正措施无效，需由验证人员驳回至原因分析及方案制订环节，并在备注信息中详细填写测试/试验结果，改进负责人重新进行原因分析或制定其他的纠正措施，直到彻底解决故障。

（4）对悬而未决的产品故障问题由可靠性部门和质量管理部门共同组织人员及时审查，明确问题未解决的原因，必要时可由部门负责人审核，保证及时完成故障报告工作。

2.5 LG_FRACAS数据库

LG_FRACAS 数据库可积累有效故障数据信息，这些数据通过审核后可自动归入配套的可靠性基础数据库中，作为后续产品可靠性水平评估、可靠性增长分析及技术改进等活动的重要信息来源，该数据库还可与其他可靠性设计和分析模块建立数据关系，实现数据多维度共享利用。LG_FRACAS 数据库与其他功能模块的关联关系如图6所示。

图6 FRACAS数据库与可靠性关联关系图

不仅如此，LG_FRACAS 数据库还可作为企业研制阶段产品故障管理看板，将产品研制过程中的故障信息以多维度图表的形式展显。图7是各产品线在某一时间段内试制管理模块问题单据监控报表，主要包括关键节点统计数量及处理效率值，方便后续对各产品线研制问题处理情况进行评估。图8是某项目产品在研制阶段的故障系统模块排名情况。

图7 试制管理模块问题单据监控表

图8 某项目产品研制阶段的故障系统模块排名

LG_FRACAS 系统数据库还能与公司的可靠性一体化平台、设计变更平台（Windchill）及公司外反馈信息平台（DMS）实现数据共享，为其他产品的设计、试验、制造活动等提供宝贵经验。

3 结论

建立并运行LG_FRACAS 系统，是实现工程机械产品故障信息规范化管理的有效手段，既可以保证产品在研制阶段产生的故障信息能被及时、准确、完整地收集和分析处理，使分散的产品故障得到及时解决，又能对新产品的分析、改进与设计提供高价值的参考信息，帮助设计人员预先决策，防止其他产品出现类似问题。LG_FRACAS 系统可控制和减少工程机械产品故障发生的概率，推动产品质量不断改进和提高，对工程机械产品研制全过程的可靠性增长、产品质量提高具有积极的推动作用。