提高可靠性的五个关键途径

frogfish

作者：杨龙译 丁利平校   出处：国外质量与可靠性信息网


    引言

    当今武器系统实现其可靠性要求的重要性不可低估。达不到可靠性要求会降低系统的任务效能，会增加系统寿命周期内数十亿美元的使用和保障费用。今天，由于采办周期缩短，武器系统使用复杂的尖端技术，武器系统不能满足其可靠性要求的情况屡见不鲜。系统不能满足要求的原因有很多。然而，这种情况重复发生的原因有几个，其中的五个原因是：（1）研制过程早期缺乏可靠性设计：（2）不充分的较低层次试验；（3）依靠预计而不是进行工程设计分析；（4）缺乏对民用现成设备的工程分析；（5）缺乏对提高可靠性的鼓励。本文从注重设计、较低层次试验、进行相应的分析、对现成设备进行评估和对提高可靠性提出鼓励等五个方面来探讨如何提高可靠性的问题。
    研制过程早期的可靠性设计  
    研制方对系统、分系统或部件所处的作战使用环境有一个充分而全面的理解并确保向供应方分配要求的过程完善，这一点至关重要。有了这种认知，在研制过程早期就可发现并排除许多潜在的失效。另外，应尽一切努力利用现有的外场试验结果来支持失效分析工作。
    排除失效的工作需要投入各种技术资源。需要工程师做热分析和振动分析，研究潜在的失效机理和失效部位。这些分析包括使用疲劳分析工具、有限元模型、动态仿真、热传导分析和其它工程分析模型。工业部门、大学和政府机构已开发出大量得到广泛运用的工程工具，尤其在民用领域。现在已经能够对从悬挂部件到电路板的一些失效机理进行建模和研究。
    然而，我们依然会发现设计低劣的部件进入系统级的研制试验、使用试验，甚至更远。例如， 一些电路板因设计和安装的问题，自然频率很低，位移大，并且施加于元件导线的应力也很大。这类问题在设计过程早期花费15000美元进行工程分析就可发现，而纠正它也只需再多花几美元。有这么一个例子，在一块电路板中发现一个问题，可以减少使用保障费用27,000,000美元。
    进行较低层次试验
    较低层次试验，如高加速寿命试验和高加速环境应力筛选，对于早期检测失效和识别设计缺陷极为重要。要鼓励承包方计划并实施一个以工程和失效机理分析为基础的加速鉴定过程。尽管一些项目正在进行这些较低层次试验，但许多项目没有或只对一小部分部件进行这种试验。这些试验是很经济的，但一旦缩减预算时，它们却是首当其冲被砍掉的。如果项目没有进行专为检测失效而设计的早期试验，以便在项目早期改进设计，那么后面就极有可能导致不可预见的问题，造成重大的进度拖延和使用保障费用的增加。另外，及早将客户纳入试验和研制过程，让他们在可能影响试验和设计的用户使用和要求方面提出宝贵建议，这也是一个不错的主意。研制试验是纠正剩余问题和提高系统成功概率的最后一个机会。但是有些项目选择进行非常有限的几项研制试验或根本就不进行正规的研制试验。如果一个陆军系统达到研制试验的可靠性要求，那么就会有60%的机率符合使用试验的可靠性要求。如果系统没有通过研制试验，只有18%的机率符合使用试验的可靠性要求。项目的重大挫折经常发生在试验受进度或成本制约而减少或取消的时候。研制试验不仅对确保系统可靠性的成熟是必要的，而且可以减少使用试验过程中达到可靠性要求的风险。不充分的、计划不合理的研制试验方案经常会导致系统失效和重复进行使用试验。
    早期的低层次试验加上有针对性的较高层次试验，是产生高可靠性产品的关键。如果没有对大部分或所有关键装配件的全面的较低层次试验，没有重大集成综合和研制试验，就几乎没有可能实现高水平的可靠性。
    多靠工程设计分析，少靠预计
    现在依然有些项目，当我们要求看看其可靠性工作的现状时，给你看的是一套系统或子系统的可靠性预计结果。可靠性预计与产品的实际可靠性关联很小或没有什么关系，而且实际上只能催生低劣的设计。经常引用预计结果的承包方或子承包方可能不理解减少风险和获得可靠的设计所必要的工程和设计考虑。很多情况下，拿出预计结果的人可能并不在设计团队中直接发挥作用。过去，人们注重预计结果的统计，而不注重在设计过程中消除失效所需开展的工程活动，这极大地限制了我们生产出高可靠性产品的能力。另外，在某些情况下，在研制试验中，将预计结果作为回避对合同规范进行验证的一种手段，导致不能符合使用试验要求。高可靠性不是通过可靠性预计就能获得的。
    大部分人想到可靠性模型时，都会想到可靠性预计、可靠性框图、失效模式影响与危害性分析、故障树和可靠性增长。当直接用于影响设计团队或用于管理可靠性增长时，这些工具对集中工程和试验工作是极其有用的。然而，最重要的可靠性工具是结构、热、疲劳、故障机理和振动模型，设计团体使用它们来确保拿出无失效使用期足够长的产品。一个优秀的供应方要经常进行热分析和振动分析，研究潜在的失效机理和失效部位。当系统可靠性工作的重点放在可靠性预计上时，很有可能会失败。
    对现成的民用设备进行工程分析
    现成的民用设备为提高可靠性、减少成本和采用最新技术提供了很大的机会。然而，现成的民用设备并不意味着我们要摒弃工程分析和早期试验。在许多场合，我们会听到这样一句话“那个设备是现成的民用品，其可靠性就那样了。”热、振动、疲劳和失效机理建模，以及早期的加速试验，可以量化和最大限度降低现成民用设备在军事使用环境中失效的机率。还会有这样的情况发生，即现成民用设备的一种主要失效模式在项目较晚时才被发现。通常，现成民用设备的资料是专有的，但是还会有其他途径来开发数据，支持进行足够详细的工程分析。相对简单的振动和热分析也可以检测潜在的故障。因不充分的早期分析而导致的故障可以造成数百万美元的损失。此外，确保向供应方充分而完善地分配要求的过程是必不可少的一个环节。
    在合同中激励提高可靠性
    通常，供应方没有太高的积极性来提高产品的可靠性。即使可靠性要求在工作说明或规范中提到了，可靠性在承包商选择准则中所占的分量通常很小。承包方不得不以低价投标来增强其竞争力。在他们调整其项目时，可靠性通常也是首先被去掉的。更糟糕的是，承包方都从后续补充备件中获得很大的利润。除非承包方看到指导设计团体达到高可靠性要求所带来的价值，否则我们将会持续将可靠性水平远低于民用消费品的装备投入战场。大多数供应方都拥有工程人员和技术力量，可以拿出高可靠性的系统。
    总结
    根据一种估算，使用和保障费用占了整个寿命周期费用的６０％。提高可靠性直接影响到大部分使用和保障费用。在一个重大系统的整个寿命周期内，适度地提高可靠性可以节省几百万美元至甚至几十亿美元。
    本文提到的五个方面为实现高可靠性提供了重要的途径。许多人认为高水平的可靠性必须花高价才能取得。这种认知基于这样一种概念：只有昂贵的或军用的部件才具有高可靠性水平，更高的可靠性等同于增加试验和延迟计划进度。我们必须改变这种观念。当各种基于工程的可靠性改进技术作为设计和研制过程的一个组成部分而得到应用时，就能得到良好性价比的高可靠性。

mjhzhjg

其实我们现在企业对于可靠性的重视还是不够的,常常只是在设计时通过设计更笨重更结实的结构,以此来增加可靠性,其实这是一个很大的误区.但企业舍不得投入更多的资金在这方面.不过对于可靠性系统工程,已有很多书籍和归纳,但实行仍然是一个艰苦的历程.

AaronSpark

原帖由 mjhzhjg 于 2006-9-5 22:07 发表
其实我们现在企业对于可靠性的重视还是不够的,常常只是在设计时通过设计更笨重更结实的结构,以此来增加可靠性,其实这是一个很大的误区.但企业舍不得投入更多的资金在这方面.不过对于可靠性系统工程,已有很多书籍和 ...

国内的企业可以说是刚刚意识到可靠性这个问题，没办法