浴盆曲線

在可靠性領(lǐng)域的幾個關(guān)鍵概念內(nèi)涵，最為重要的概念就是浴盆曲線，任何一本可靠性教科書都會出現(xiàn)這個曲線，縱坐標是產(chǎn)品的故障率，橫坐標是產(chǎn)品的使用時間。這是從統(tǒng)計上反映出來的產(chǎn)品故障發(fā)生的規(guī)律。

第一個規(guī)律就是曲線的第一段，在早期使用的時候，故障率非常高，要經(jīng)過不斷的維修、適應(yīng)性的改進甚至修改設(shè)計、工藝，把故障率降下來；

 

曲線的第二段，就是使用階段故障率應(yīng)該是很低的水平，而且還不應(yīng)該發(fā)生劇烈的波動，最好保持常數(shù)，長時間保持低的水平；

 

曲線的第三段，是表達低水平故障率保持到多長的規(guī)律。一般而言，保持到預(yù)期的使用壽命，過了使用壽命故障率又急劇增高。這是統(tǒng)計規(guī)律表現(xiàn)出來的。

 

但是當(dāng)產(chǎn)品從統(tǒng)計數(shù)據(jù)上看到了浴盆曲線第一個階段的時候，即在用戶的運維的過程中發(fā)現(xiàn)這個階段的時候，說明企業(yè)沒有對產(chǎn)品實現(xiàn)可靠性管理，或者說當(dāng)出現(xiàn)了浴盆曲線早期故障期，說明可靠性工程實踐是失敗的。

 

第二個階段，如果在使用的過程中長期的故障率穩(wěn)定不下來，并且浴盆底的高度還很高，也說明可靠性工程失敗了。

 

第三個階段，如果使用時間沒多長就壞掉、不能再用、老化、疲勞、斷裂或腐蝕等，這些問題說明你的產(chǎn)品壽命也不符合要求，可靠性工程還是失敗了。

 

浴盆曲線可以折射出中國制造業(yè)的很多問題。

 

目前中國制造業(yè)的特征在這三個點上都反映了，第一產(chǎn)品投入使用初期故障率很高，第二久久不能把故障率穩(wěn)定下來，第三壽命還很短，所以這些問題交織在一起反映了企業(yè)的可靠性工程的實踐出了問題。浴盆曲線就是這么一個有關(guān)故障發(fā)生概率和統(tǒng)計規(guī)律的曲線。
故障六性
跟故障相關(guān)的產(chǎn)品的設(shè)計特性，主要包含六個方面：可靠性、維修性、測試性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性和安全性。 

這些特性都不是中國學(xué)術(shù)界發(fā)明的，當(dāng)北京航空航天大學(xué)在1985年成立可靠性研究所、工程系統(tǒng)工程系的時候，國外這些專業(yè)詞匯在學(xué)術(shù)界、工業(yè)界已經(jīng)產(chǎn)生了幾十年。

 

早在1991年，北航可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院的創(chuàng)始人楊為民教授提出可靠性系統(tǒng)工程的概念，是從如何推進可靠性工作的角度提出的，最重要的是研究產(chǎn)品“故障的發(fā)生、發(fā)展及其預(yù)防和維修保障的規(guī)律”。

 

 

可靠性系統(tǒng)工程的理念在航空航天兵器艦船等軍工行業(yè)的實踐中不斷的在擴展推動?，F(xiàn)在武器裝備行業(yè)把這“六性”叫通用質(zhì)量特性，這是筆者在2006年的一份戰(zhàn)略咨詢報告中提出來的一個概念，把這些與故障直接或間接相關(guān)的設(shè)計特性給了一個概括性的說法。那么，可靠性系統(tǒng)工程就是圍繞產(chǎn)品保障規(guī)律組織管理通用質(zhì)量特性工作的方法論。 

圖3從方法論上進一步解釋了可靠性系統(tǒng)工程，就是在研發(fā)階段要進行與故障相關(guān)特性的設(shè)計、分析、試驗評價工作，同時還要做與故障相關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計、分析、評價工作。

 

與故障相關(guān)的系統(tǒng)，則是指面向產(chǎn)品的使用維護和運維階段，以前叫售后服務(wù)系統(tǒng)。沒有經(jīng)歷過正向研發(fā)過程的時候，我們的解決方案當(dāng)然是出了故障就要修好，這就是被動的維修服務(wù)，歸到售后服務(wù)系統(tǒng)里，即使是售后服務(wù)系統(tǒng)也需要主動去設(shè)計。后來的維修保障系統(tǒng)、BIT、ATE、中央維護系統(tǒng)、遠程維護系統(tǒng)、PHM故障預(yù)測與健康管理系統(tǒng)等，都屬于與故障相關(guān)的系統(tǒng)，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在技術(shù)熱點就是PHM系統(tǒng)。圖3才是完整的針對故障的研發(fā)和設(shè)計，這個就是可靠性系統(tǒng)工程最基本的理念。

可靠性發(fā)展歷史與工業(yè)史
質(zhì)量與可靠性，是一對形影不離的雙胞胎，而且伴隨著工業(yè)化過程過去一百年的歷程。 

第一個階段就是在大批量制造業(yè)出現(xiàn)的過程中。首先產(chǎn)生的產(chǎn)品質(zhì)量檢驗。

 

說起質(zhì)量檢驗的概念可以查到中國古代，一把劍鑄造的好不好，也取決于設(shè)計、制造、檢驗，但那是手工業(yè)時代，所有這些事情可能都是一個人做。但是工業(yè)化以后批量生產(chǎn)就不一樣了，福特汽車在大批量生產(chǎn)時代，做的最有里程碑意義的事情，就是把質(zhì)量檢驗從產(chǎn)業(yè)工人里面分出來，專門有一批人看著制造線上的產(chǎn)品，生產(chǎn)出來之后是合格的還是不合格的。這是真正的專業(yè)化質(zhì)量檢驗，是基于專業(yè)化分工的流水線上的質(zhì)量檢驗，質(zhì)量專業(yè)因此而誕生了。

 

質(zhì)量檢驗又分為兩個階段，當(dāng)批量比較少的時候是全數(shù)檢驗；后來，批量上來了，一年幾百萬輛車，零件上千萬個，無法全數(shù)檢驗，統(tǒng)計的方法出現(xiàn)了——也就是抽樣檢驗。這兩個檢驗都可以叫做過程質(zhì)量檢驗。過程質(zhì)量檢驗的出現(xiàn)是質(zhì)量可靠性發(fā)展歷史上的第一個里程碑事件。

 

第二個階段可以稱為過程質(zhì)量控制。當(dāng)工業(yè)化發(fā)展到一定程度后，又出現(xiàn)新的問題，質(zhì)量檢驗是產(chǎn)品生產(chǎn)出來之后才能對它進行合格不合格的判定，會產(chǎn)生廢品，造成質(zhì)量損失。所以，這個問題就驅(qū)動人們思考：能不能在制造過程中進行質(zhì)量控制，預(yù)防不合格品的發(fā)生，降低不合格率，這個就是過程質(zhì)量控制。統(tǒng)計過程控制SPC和六西格瑪概念方法就是這個階段產(chǎn)生的。 

 

第三個階段是跟安全性有關(guān)。工業(yè)品出來之后，會發(fā)生很多事故。
 

20世紀工業(yè)化進程很精彩，人類產(chǎn)生很多偉大的發(fā)明，如蒸汽機、汽車、火車、飛機等，有人總結(jié)每一次技術(shù)的發(fā)明都為人類創(chuàng)造了一種新的死亡方式。這就是安全性問題。沒有汽車的時候，人類死亡方式最多就是被馬踢死了；有了汽車，就有了新的死亡模式，被車撞死了；發(fā)明了飛機，就有飛機事故。所以，安全性是伴隨著工業(yè)化要面臨的又一個問題，就是產(chǎn)品一定要安全。所以安全性在當(dāng)時也成為一個新概念。但人們很容易接受，很多時候大家都能想到安全，電氣產(chǎn)品如何安全，機械產(chǎn)品如何安全。這都需要有一套設(shè)計準則，有一套嚴格的驗證規(guī)范，政府也要監(jiān)督。

 

但是，像民用飛機這一類政府監(jiān)管的適航取證，則是只管安全性，不管可靠性?？煽啃詫︼w機安全有影響，但是安全性又有自己的技術(shù)范疇，安全的不一定可靠，可靠的不一定安全，這是兩個很有意思的概念。 

第四個階段就是可靠性問題。第二次世界大戰(zhàn)德國人用火箭打英國的過程中，通過作戰(zhàn)運籌產(chǎn)生的可靠度的概念，就有了可靠性的意識。到了50年代，美國正式誕生了可靠性工程專業(yè)。但是質(zhì)量這塊的發(fā)展也一直在往外推進，從質(zhì)量過程的事后檢驗到事前的過程質(zhì)量控制，到了60、70年代發(fā)現(xiàn)光抓生產(chǎn)過程不行，還要抓全面質(zhì)量管理，這就是非常經(jīng)典的“人機料法環(huán)”。 
 

可以這樣總結(jié)，過程質(zhì)量檢驗、過程質(zhì)量控制是經(jīng)典的傳統(tǒng)的方法，70、80年代是全面質(zhì)量管理。在這個過程中，可靠性逐漸發(fā)展了維修性、測試性、保障性等概念。維修性指的是要好修；測試性指的是維修的過程中要能快速進行故障定位、診斷；保障性指的是在維修診斷的過程中，要能夠提供足夠多的資源、備件、維修人員、維修設(shè)備、維修設(shè)施等。

 

伴隨著這些新概念的發(fā)展，國外尤其是美國，在可靠性概念出來10年之后，也就是1960s在研發(fā)過程中提出新的管理的技術(shù)叫工程專業(yè)綜合，后來發(fā)展成系統(tǒng)工程，到了90年代發(fā)展成并行工程，現(xiàn)在就是基于模型的系統(tǒng)工程，這些解決什么呢？解決可靠性這些概念融入到設(shè)計研發(fā)流程以及整個壽命周期流程的問題。

 

所有的這些特性都是要設(shè)計的。從上面的歷史可以看出，可靠性與質(zhì)量伴隨了整個工業(yè)發(fā)展的全過程，是工業(yè)化的主旋律。