我國(guó)儀器行業(yè)的可靠性工作現(xiàn)狀分析

朱嘉偉 ，李騫 ，高軍

（1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610；2.廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610；3.廣州市電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510610；4.華南理工大學(xué)，廣東 廣州 510641）

0 引言

科學(xué)儀器設(shè)備是對(duì)事物組成、結(jié)構(gòu)、相互作用的機(jī)理機(jī)制和變化規(guī)律趨勢(shì)進(jìn)行檢測(cè)、表征并獲得相關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)的工具?？茖W(xué)儀器具有技術(shù)密集度大、產(chǎn)品附加值高和組成結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜等特點(diǎn)，是被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)性產(chǎn)品[1]。由于科學(xué)儀器在促進(jìn)我國(guó)科技發(fā)展、國(guó)防建設(shè)和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型等方面具有舉足輕重的作用[2]，中央財(cái)政于2011年8月專門(mén)設(shè)立了國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)（以下簡(jiǎn)稱專項(xiàng)）資金，旨在進(jìn)一步地推動(dòng)我國(guó)科學(xué)儀器設(shè)備行業(yè)的發(fā)展，提升行業(yè)相關(guān)科研院所和企業(yè)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用能力，使科學(xué)儀器在支撐科技創(chuàng)新和國(guó)防建設(shè)，服務(wù)經(jīng)濟(jì)和推動(dòng)社會(huì)發(fā)展等方面發(fā)揮更大的作用。然而，在專項(xiàng)工作推進(jìn)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)眾多的儀器設(shè)備在功能指標(biāo)上能夠達(dá)到預(yù)期的要求，而產(chǎn)品可靠性始終難以達(dá)到產(chǎn)品工程化的需求[3]，且與國(guó)外同類產(chǎn)品相比差異明顯。有鑒于此，主管部門(mén)在2012年度申報(bào)的所有儀器專項(xiàng)中均提出了明確的可靠性指標(biāo)要求，在這種背景條件下，重大科學(xué)儀器項(xiàng)目的可靠性工作就顯得尤為重要。

本文正是在重大科學(xué)儀器專項(xiàng)高度重視研發(fā)儀器設(shè)備可靠性的背景下，通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外儀器行業(yè)可靠性工作開(kāi)展現(xiàn)狀和所處的水平，指出了我國(guó)儀器行業(yè)與國(guó)外儀器行業(yè)可靠性工作的差距，并通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查方式了解我國(guó)儀器行業(yè)可靠性工作開(kāi)展?fàn)顩r，為相關(guān)儀器行業(yè)可靠性工作的開(kāi)展提供了參考。

1 國(guó)內(nèi)外儀器行業(yè)可靠性現(xiàn)狀分析

1.1 國(guó)內(nèi)儀器行業(yè)可靠性工作現(xiàn)狀

隨著我國(guó)改革開(kāi)放30多年的發(fā)展，國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)不僅技術(shù)水平得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，其規(guī)模也在逐年增大[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)擁有6 000多家各類分析儀器企業(yè)，已經(jīng)形成了門(mén)類品種比較齊全、技術(shù)基礎(chǔ)扎實(shí)和生產(chǎn)規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)體系，且行業(yè)每年以20%的增幅高速發(fā)展。然而，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和開(kāi)放的程度越來(lái)越高，國(guó)產(chǎn)儀器企業(yè)要面對(duì)的不僅僅是國(guó)內(nèi)同行的競(jìng)爭(zhēng)，還要面對(duì)國(guó)外儀器企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)。在國(guó)內(nèi)儀器市場(chǎng)，特別是中高端、大型儀器設(shè)備市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備與國(guó)外同類產(chǎn)品不具有任何的競(jìng)爭(zhēng)能力，幾乎全部需要依賴進(jìn)口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年上萬(wàn)億元儀器設(shè)備固定資產(chǎn)投資中60%的科研儀器依賴于進(jìn)口。另?yè)?jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年進(jìn)口各類分析儀器的總額接近我國(guó)分析儀器產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的50%以上。當(dāng)前，中國(guó)儀器設(shè)備市場(chǎng)已經(jīng)成為跨國(guó)儀器公司競(jìng)相爭(zhēng)奪的陣地，而國(guó)產(chǎn)儀器企業(yè)不具備任何的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，有些用戶甚至寧可高價(jià)購(gòu)買(mǎi)國(guó)外的產(chǎn)品，也不選擇具有相同功能且價(jià)格低廉的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。

導(dǎo)致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，儀器行業(yè)人士普遍認(rèn)為不是在于儀器技術(shù)先進(jìn)性或測(cè)量指標(biāo)，而是儀器可靠性與國(guó)外儀器相比差距巨大，這是由于我國(guó)儀器行業(yè)可靠性工作起步晚、開(kāi)展不充分且重視程度不夠?qū)е碌?。?guó)外儀器設(shè)備的價(jià)格雖然比國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備高出不少，但是，由于其可靠性高、穩(wěn)定性好，后期維護(hù)調(diào)試成本比國(guó)產(chǎn)儀器低，用戶使用放心，所以受到了不少國(guó)內(nèi)客戶特別是大客戶的青睞。相比之下，國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備雖然具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但是其可靠性不夠高，后期維護(hù)調(diào)試成本比國(guó)外儀器高，造成了國(guó)產(chǎn)儀器 “產(chǎn)品叫好不叫座”的情況出現(xiàn)[5]?？煽啃詥?wèn)題已經(jīng)成為制約我國(guó)儀器行業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的一個(gè)嚴(yán)重障礙，如何突破這個(gè)障礙使國(guó)產(chǎn)儀器能夠打開(kāi)國(guó)際市場(chǎng)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取勝，成為國(guó)產(chǎn)儀器業(yè)界的一個(gè)難題。

在國(guó)內(nèi)，儀器行業(yè)開(kāi)展可靠性研究和應(yīng)用工作早有先例。1981年，原國(guó)家儀器儀表工業(yè)總局提出以DDZ-2型溫度變送器、調(diào)節(jié)器為典型進(jìn)行探索性的研究，摸索了可靠性應(yīng)用的方法、途徑和效果，最終使溫度變送器的可靠性指標(biāo)提高了1.6倍，調(diào)節(jié)器提高2.9倍；1986-1991年，原機(jī)械工業(yè)部先后發(fā)布 “儀器儀表限期考核可靠性指標(biāo)”的通告，對(duì)儀器儀表的11個(gè)專業(yè)中的200多種產(chǎn)品納入部級(jí)考核范疇，形成了儀器儀表可靠性方法、工作程序、技術(shù)規(guī)范等一系列技術(shù)文件，為開(kāi)展可靠性研究、試驗(yàn)與考核評(píng)定創(chuàng)造了條件。但是到了20世紀(jì)90年代，儀器儀表主要走引進(jìn)、消化吸收再創(chuàng)新的途徑，側(cè)重點(diǎn)放在引進(jìn)制造技術(shù)而不是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)，導(dǎo)致對(duì)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的意識(shí)淡薄。加之計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代推行的可靠性做法已經(jīng)過(guò)時(shí)，國(guó)外新的可靠性理念、方法和工具發(fā)展迅速，導(dǎo)致本來(lái)與國(guó)外正在縮小的差距又很快地被拉大了。

儀器設(shè)備可靠性工作的開(kāi)展是一項(xiàng)復(fù)雜的、投入巨大的系統(tǒng)工程，要投入大量的人力和物力，這會(huì)導(dǎo)致儀器產(chǎn)品的研發(fā)成本增加。由于前期可靠性投入費(fèi)用高，會(huì)導(dǎo)致高可靠、高品質(zhì)的產(chǎn)品由于價(jià)格昂貴而不能快速地占領(lǐng)市場(chǎng)，企業(yè)投入回報(bào)率不高，使得儀器企業(yè)對(duì)投入資本進(jìn)行可靠性工作不積極，導(dǎo)致到目前為止國(guó)內(nèi)儀器行業(yè)還沒(méi)形成可靠性技術(shù)的相關(guān)研究和完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，盡快地建立和形成我國(guó)分析儀器行業(yè)的可靠性工程技術(shù)體系，并推廣應(yīng)用到全行業(yè)的企業(yè)中去，已成為了推進(jìn)我國(guó)分析儀器產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的迫切需求。

1.2 國(guó)外儀器行業(yè)可靠性工作現(xiàn)狀

可靠性工程誕生在20世紀(jì)40年代，在五六十年代已經(jīng)被西方發(fā)達(dá)國(guó)家應(yīng)用到了航天工業(yè)當(dāng)中。進(jìn)入70年代，西方發(fā)達(dá)國(guó)家把可靠性技術(shù)廣泛運(yùn)用到各種各樣的電子設(shè)備或系統(tǒng)。八九十年代可靠性研究進(jìn)入更深層次的研究和發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)之后，提高產(chǎn)品的可靠性，更是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。當(dāng)前，在現(xiàn)代西方發(fā)達(dá)國(guó)家的生產(chǎn)中，可靠性技術(shù)已貫穿于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制、設(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)、使用、運(yùn)輸、保管及維修保養(yǎng)等各個(gè)環(huán)節(jié)。科學(xué)儀器發(fā)達(dá)的國(guó)家如美國(guó)、日本、德國(guó)等，儀器研發(fā)企業(yè)大多數(shù)秉承精益求精的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)理念，十分重視儀器設(shè)備產(chǎn)品可靠性工作，不僅擁有完善的供應(yīng)商考察、物料優(yōu)選體系，更是建立了完善的可靠性工作體系和驗(yàn)收管理方法，優(yōu)異的可靠性，已經(jīng)成為這些公司儀器設(shè)備產(chǎn)品的重要賣(mài)點(diǎn)和附加值增長(zhǎng)點(diǎn)，國(guó)外儀器行業(yè)在進(jìn)行可靠性工作時(shí)與我國(guó)相比，具有以下的優(yōu)勢(shì)：

1）有較完善的可靠性理論體系，產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員具備良好的可靠性專業(yè)知識(shí)和技能；

2）建立了完整的產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)體系，強(qiáng)有力地支撐企業(yè)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段、原材料采購(gòu)階段、產(chǎn)品生產(chǎn)階段和試驗(yàn)考核階段開(kāi)展各項(xiàng)可靠性工作，如可靠性預(yù)計(jì)、可靠性分配、FMEA、FTA和仿真等，從產(chǎn)品源頭就開(kāi)始保障各項(xiàng)可靠性指標(biāo)，使得所設(shè)計(jì)的儀器產(chǎn)品不僅功能滿足設(shè)計(jì)要求，而且具有良好的可靠性水平；

3）建立了完善的可靠性標(biāo)準(zhǔn)體系，有利于全方位地指導(dǎo)開(kāi)展儀器產(chǎn)品的各項(xiàng)可靠性工作；

4）重視可靠性試驗(yàn)、故障診斷和壽命預(yù)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用，重視產(chǎn)品失效分析、現(xiàn)場(chǎng)使用數(shù)據(jù)的收集和反饋，對(duì)產(chǎn)品發(fā)生的故障形成了完善的閉環(huán)控制體系，這樣能夠使企業(yè)最大限度地發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在故障并對(duì)之進(jìn)行改進(jìn)，從而提高產(chǎn)品的可靠性水平；

5）極為重視產(chǎn)品故障分析與數(shù)據(jù)積累，建立了完整的故障分析與記錄體系，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了豐富的參考資源；

6）建立專門(mén)的部門(mén)對(duì)產(chǎn)品的可靠性水平進(jìn)行把關(guān)，而且可靠性部門(mén)工作一般都是由具備了豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和可靠性知識(shí)的人員從事，能夠更加有效地通過(guò)產(chǎn)品故障現(xiàn)象找出產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)。

正是由于具備了以上完備的可靠性技術(shù)管理體系，使得國(guó)外儀器產(chǎn)品不僅性能優(yōu)越，而且具備高可靠性和高穩(wěn)定性的特點(diǎn)，致使國(guó)外儀器設(shè)備比國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備的市場(chǎng)占有率高，我國(guó)儀器行業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。

2 國(guó)內(nèi)儀器企業(yè)可靠性工作調(diào)查

2.1 可靠性工作調(diào)研依據(jù)

為指導(dǎo)儀器專項(xiàng)承擔(dān)單位實(shí)現(xiàn)科學(xué)儀器開(kāi)發(fā)專項(xiàng)提出的可靠性指標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，科技部委托工業(yè)和信息化部電子第五研究所制定 《科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)可靠性工作指南》（以下簡(jiǎn)稱 ‘指南’）。根據(jù)科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)小批量、多品種等特點(diǎn)，并結(jié)合開(kāi)發(fā)專項(xiàng)現(xiàn)階段可靠性工作狀態(tài)和承擔(dān)單位的總體情況，指南從可靠性工程管理、設(shè)計(jì)分析、試驗(yàn)評(píng)價(jià)3個(gè)方面，選擇了14個(gè)工作項(xiàng)目用于開(kāi)展可靠性工作，具體的項(xiàng)目如圖1所示。

依據(jù)指南推薦的14個(gè)可靠性工作項(xiàng)目對(duì)國(guó)內(nèi)118個(gè)儀器企業(yè)可靠性工作現(xiàn)狀進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查并分析，主要結(jié)果如下：

a）可靠性工程管理

圖2給出了可靠性工程管理5項(xiàng)工作在118個(gè)國(guó)內(nèi)儀器企業(yè)的開(kāi)展情況，可以看出5項(xiàng)工作的落實(shí)情況都不理想，118個(gè)企業(yè)中成立可靠性工作組的只有29%；開(kāi)展可靠性工作計(jì)劃制定與檢查的企業(yè)最多，有31.36%；開(kāi)展故障報(bào)告、分析和糾正措施系統(tǒng)建立與運(yùn)行的企業(yè)有13%；開(kāi)展對(duì)承擔(dān)單位、轉(zhuǎn)承制方和供應(yīng)商進(jìn)行監(jiān)督與控制的企業(yè)有25%；開(kāi)展轉(zhuǎn)階段可靠性檢查與評(píng)審的單位最少，只有10%。

b）可靠性設(shè)計(jì)分析

圖3給出了可靠性設(shè)計(jì)分析工作各模塊在118個(gè)單位中的開(kāi)展情況，其中，開(kāi)展必選工作項(xiàng)目可靠性指標(biāo)分配的單位只有14%；有13%的單位開(kāi)展建模預(yù)計(jì)工作，開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則制定與檢查工作的單位最少，只有9%；相對(duì)來(lái)說(shuō)，開(kāi)展元器件、零部件和原材料選擇與控制的單位比例最多，達(dá)到了27%；開(kāi)展仿真分析工作的單位也只有14%。

c）可靠性試驗(yàn)評(píng)價(jià)

圖4給出了118個(gè)單位開(kāi)展4項(xiàng)可靠性試驗(yàn)評(píng)價(jià)工作的情況，可以看出，開(kāi)展可靠性試驗(yàn)的單位比例較低，除了環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證試驗(yàn)開(kāi)展比例最高外（26%）；其他3項(xiàng)試驗(yàn)的開(kāi)展比例均未超過(guò)15%，其中，環(huán)境應(yīng)力篩選14%，強(qiáng)化試驗(yàn)2%，可靠性指標(biāo)驗(yàn)證試驗(yàn)8%。

從以上的調(diào)查結(jié)果可以看出，目前我國(guó)儀器行業(yè)主要存在著以下問(wèn)題：

a）缺乏系統(tǒng)的可靠性管理體系

要做好可靠性工作，實(shí)現(xiàn)和提高產(chǎn)品的可靠性水平，可靠性工程管理是重中之重，其對(duì)有效地開(kāi)展可靠性工作具有十分重要的意義。但是就目前來(lái)說(shuō)，業(yè)內(nèi)基本還沒(méi)有形成一個(gè)系統(tǒng)的可靠性管理體系來(lái)對(duì)可靠性工作進(jìn)行統(tǒng)籌、規(guī)劃、執(zhí)行和評(píng)審，這樣會(huì)導(dǎo)致相關(guān)的可靠性工作效果大打折扣。

b）可靠性設(shè)計(jì)分析工作沒(méi)有得到重視

產(chǎn)品的可靠性首先是設(shè)計(jì)出來(lái)的，設(shè)計(jì)分析工作是提高產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵，認(rèn)真做好產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)與分析工作，是提高和保證產(chǎn)品可靠性的根本措施。但是設(shè)計(jì)分析工作在國(guó)內(nèi)儀器行業(yè)內(nèi)尚未引起足夠的重視，如果這種情況不得到改變，勢(shì)必就會(huì)影響國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備可靠性的提升空間。

圖1 開(kāi)發(fā)專項(xiàng)可靠性工作項(xiàng)目

圖2 可靠性工程管理工作開(kāi)展情況

圖3 可靠性設(shè)計(jì)分析工作開(kāi)展情況

圖4 可靠性試驗(yàn)評(píng)價(jià)工作開(kāi)展情況

c）可靠性試驗(yàn)評(píng)價(jià)工作的開(kāi)展率較低

可靠性試驗(yàn)是為了發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、材料和工藝等方面的各種缺陷而開(kāi)展的，通過(guò)分析試驗(yàn)過(guò)程中的故障并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，從而使產(chǎn)品可靠性逐步地得到增長(zhǎng)，最終達(dá)到預(yù)定的可靠性水平，可以說(shuō)，可靠性試驗(yàn)是整個(gè)可靠性工作體系的關(guān)鍵一環(huán)?？墒悄壳翱煽啃栽囼?yàn)評(píng)價(jià)工作基本上沒(méi)有在我國(guó)儀器行業(yè)得到充分的開(kāi)展，特別是可靠性指標(biāo)驗(yàn)證試驗(yàn)的開(kāi)展比例如此之低，說(shuō)明國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)對(duì)產(chǎn)品提出的可靠性指標(biāo)基本沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際的試驗(yàn)考核，可靠性指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品自身可靠性起不到一個(gè)約束的考核作用，可以說(shuō)基本上是一個(gè)擺設(shè)。

我國(guó)儀器行業(yè)的可靠性工作還處于一個(gè)起步階段，由于政策導(dǎo)向缺乏，企業(yè)意識(shí)淡薄，專業(yè)人才匱乏，資金設(shè)備不足等現(xiàn)實(shí)條件的約束，導(dǎo)致有許多關(guān)鍵的可靠性工作還沒(méi)有在行業(yè)內(nèi)得到普及，這種情況如果長(zhǎng)期得不到解決，勢(shì)必會(huì)制約我國(guó)儀器設(shè)備可靠性水平的提升空間，繼續(xù)拉大與國(guó)外儀器設(shè)備之間的可靠性差距，從而影響其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

3 結(jié)束語(yǔ)

從上述的分析與調(diào)查結(jié)果可以看出，國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備可靠性水平與國(guó)外相比，差距明顯，行業(yè)內(nèi)可靠性工作開(kāi)展水平和普及率都比較低，國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)可靠性工作存在著諸多亟待解決的問(wèn)題，建立國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)可靠性工作體系并提高國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備的可靠性水平已經(jīng)刻不容緩。但是，由于國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)的可靠性技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱，在開(kāi)展可靠性工作的時(shí)候會(huì)遇到許多困難，相關(guān)政府管理部門(mén)應(yīng)該為其提供更多的專家指導(dǎo)和政策引導(dǎo)，儀器企業(yè)也應(yīng)該注意對(duì)可靠性人才進(jìn)行儲(chǔ)備，加大對(duì)產(chǎn)品可靠性工作的投入，建立適合自身產(chǎn)品的可靠性技術(shù)體系和管理體系，促進(jìn)儀器設(shè)備的可靠性提升，提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，從而使國(guó)產(chǎn)儀器設(shè)備能夠在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有更多的市場(chǎng)份額并最終參與分享世界儀器行業(yè)的市場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo)。

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