可靠性理論在柴油機(jī)行業(yè)的應(yīng)用

鄧業(yè)全

（廣西華原過濾系統(tǒng)股份有限公司，廣西 玉林537005）

0 引言

產(chǎn)品可靠性是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可靠性工程越來越為企業(yè)所重視。產(chǎn)品可靠性水平的高低，關(guān)系到產(chǎn)品的竟?fàn)幠芰Γ挥锌煽啃缘漠a(chǎn)品，才能在國內(nèi)、外市場(chǎng)的激烈竟?fàn)幹腥賉1]。因此，產(chǎn)品的可靠性好壞關(guān)系到一個(gè)企業(yè)的信譽(yù)與興衰。

本論文根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況，結(jié)合國外先進(jìn)汽車公司及研究所在柴油機(jī)可靠性工程方面的應(yīng)用，提出適合企業(yè)產(chǎn)品（柴油機(jī)）的可靠性分析、評(píng)價(jià)、管理體系和可靠性數(shù)據(jù)收集體系，指導(dǎo)對(duì)柴油機(jī)可靠性分析，提高柴油機(jī)可靠性，從而提高產(chǎn)品在國內(nèi)、外市場(chǎng)的竟?fàn)幜?，提升企業(yè)品牌。

1 完善企業(yè)可靠性工程

針對(duì)企業(yè)在可靠性工程方面應(yīng)用的現(xiàn)狀及存在問題，參照國外發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)在可靠性工程應(yīng)用方面的經(jīng)驗(yàn)，在以下幾方面的項(xiàng)目中進(jìn)行研究及推廣可靠性工作：

1.1 完善產(chǎn)品可靠性評(píng)價(jià)體系

引進(jìn)了目前國際上流行的對(duì)汽車及其零部件可靠性的評(píng)價(jià)方法[2]：B10、Rf、Rd，并有機(jī)地結(jié)合公司的實(shí)際情況，整理和完善了一套完整適合我公司產(chǎn)品可靠性評(píng)價(jià)方法，如年維修頻率Rf及Rd的季度、半年、年度、一年半故障率趨勢(shì)圖等，以上可靠性參數(shù)及其評(píng)價(jià)方法能從不同角度、不同層次、不同階段真實(shí)反映出我公司各系列產(chǎn)品的可靠性水平，及時(shí)指導(dǎo)可靠性分析工作的進(jìn)行。

1.1.1批產(chǎn)前產(chǎn)品可靠性評(píng)價(jià)方法

只有年維修頻率Rf、10%產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)的運(yùn)行時(shí)間或里程B10及臺(tái)架扣分值同時(shí)達(dá)到目標(biāo)要求才認(rèn)為可靠性達(dá)標(biāo)。

（1）臺(tái)架扣分值。 按QC/T901《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法》中臺(tái)架扣分值計(jì)算方法進(jìn)行。

（2）年維修頻率Rf。Rf=M/MTBF，M為年平均里程，參考公司相似機(jī)型及市場(chǎng)同類機(jī)型的年平均里程確定；MTBF為平均故障間隔時(shí)間或里程，MTBF=m/r。其中：r為試驗(yàn)時(shí)間t內(nèi)的故障數(shù)，m為等效里程，m＝t*a*v（a為加速因子；v為每小時(shí)平均里程）。

1.1.2批產(chǎn)后產(chǎn)品可靠性評(píng)價(jià)方法

只有 R0、Rf、Rd、B10、RⅠ+Ⅱ和臺(tái)架扣分值同時(shí)達(dá)到目標(biāo)要求才認(rèn)為可靠性達(dá)標(biāo)。

（1）臺(tái)架扣分值：按QC/T901《汽車發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定方法》中臺(tái)架扣分值計(jì)算方法進(jìn)行。

（2）按月度汽車廠調(diào)試進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的故障率R0。R0＝（r0/n0）× 100%（r0為汽車廠調(diào)試故障數(shù)，n0為汽車廠裝車數(shù)）。

（3）年維修頻率 Rf。Rf=M/MTBF，M 為年平均里程；MTBF=m/r（m為同批出廠機(jī)累計(jì)里程，r為同批出廠機(jī)累計(jì)故障數(shù)）

（4）按生產(chǎn)日期（月份）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的故障率Rd。Rd=r/n，r為某一時(shí)間段內(nèi)生產(chǎn)的柴油機(jī)在使用中出現(xiàn)的故障總數(shù)；n為某一時(shí)間段生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)。

（5）10%產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)的運(yùn)行時(shí)間或里程B10。采用威布爾軟件進(jìn)行計(jì)算。

1.2 完善可靠性管理體系，制訂相關(guān)管理制度

1.2.1完善可靠性管理體系

可靠性管理組織機(jī)構(gòu)是可靠性工程與管理的組織保證，可靠性這一新學(xué)科涉及到許多不同的技術(shù)領(lǐng)域，需要各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)重視并建立強(qiáng)有力的可靠性工作組織機(jī)構(gòu)才能把可靠性工作做好，根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，設(shè)置了可靠性管理體系[3]，如圖1所示。

圖1 企業(yè)可靠性管理體系

1.2.2制訂產(chǎn)品開發(fā)各階段可靠性管理規(guī)定

制訂相關(guān)管理制度的目的是：規(guī)劃、組織、協(xié)調(diào)、控制并監(jiān)督產(chǎn)品可靠性工程技術(shù)工作，指導(dǎo)產(chǎn)品從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、研制、制造、使用到維修全過程中所開展的可靠性分析工作，確保新產(chǎn)品可靠性水平能滿足顧客需求，并保證產(chǎn)品可靠性的增長。

1.2.3制訂潛在的失效模式及后果分析（FMEA）管理辦法

針對(duì)在產(chǎn)品開發(fā)過程中問題較多，制訂了《潛在的失效模式及后果分析(FMEA)管理辦法》。

1.2.4制訂柴油機(jī)可靠性指標(biāo)分配方法

制訂柴油機(jī)可靠性指標(biāo)分配方法（詳見本文第3點(diǎn)），并對(duì)各型號(hào)柴油機(jī)整機(jī)可靠性指標(biāo)進(jìn)行分解，與零部件的制造商簽訂質(zhì)量協(xié)議，根據(jù)可靠性指標(biāo)完成情況進(jìn)行考核。

1.2.5制定可靠性增長計(jì)劃

制定可靠性增長計(jì)劃，并根據(jù)《柴油機(jī)可靠性指標(biāo)分配方法》，對(duì)各型號(hào)柴油機(jī)整機(jī)可靠性指標(biāo)進(jìn)行分解，與零部件的制造商簽訂質(zhì)量協(xié)議，根據(jù)可靠性指標(biāo)完成情況進(jìn)行考核。

2 產(chǎn)品開發(fā)各階段可靠性管理規(guī)定

2.1 產(chǎn)品規(guī)劃、設(shè)計(jì)開發(fā)階段

企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)階段都制訂了相應(yīng)的管理辦法，如：《產(chǎn)品規(guī)劃管理辦法》、《產(chǎn)品可靠性評(píng)價(jià)方法》、《產(chǎn)品可靠性分配方法》、《可靠性指標(biāo)分配表》、《潛在的失效模式及后果分析（FMEA）管理辦法》、《CAE分析管理方法》、《設(shè)計(jì)評(píng)審管理辦法》、《機(jī)械開發(fā)管理辦法》、《試驗(yàn)過程控制管理辦法》、《產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證控制管理辦法》、《產(chǎn)品圖樣和技術(shù)文件管理辦法》、《產(chǎn)品圖樣和技術(shù)文件曬發(fā)工作規(guī)范》、《供應(yīng)商質(zhì)量開發(fā)程序》、《采購件質(zhì)量控制手冊(cè)》、《發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用開發(fā)部產(chǎn)品應(yīng)用開發(fā)工作程序》、《發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用開發(fā)部簽訂配套技術(shù)協(xié)議管理制度》、《發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用開發(fā)部整車配套確認(rèn)測(cè)試管理辦法》、《測(cè)量系統(tǒng)分析管理辦法》、《過程開發(fā)與持續(xù)改進(jìn)管理辦法》、《發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督抽查及評(píng)定辦法》、《外質(zhì)量信息管理規(guī)定》、《公司級(jí)信息收集和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析管理辦法》、《服務(wù)培訓(xùn)管理規(guī)定》等，并規(guī)定了責(zé)任部門、傳遞部門、期量標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的執(zhí)行記錄。如表1所示，為企業(yè)制訂的產(chǎn)品發(fā)各個(gè)階段可靠性管理規(guī)定的部分范例[4-9]。

表1 產(chǎn)品開發(fā)各階段可靠性管理規(guī)定（部分）

2.2 產(chǎn)品試驗(yàn)與投放階段

企業(yè)制訂的產(chǎn)品試驗(yàn)與投放階段可靠性管理規(guī)定如表2所示。

表2 產(chǎn)品試驗(yàn)與投放階段可靠性管理規(guī)定

3 柴油機(jī)可靠性指標(biāo)分配方法

3.1 新產(chǎn)品的可靠性分配方法

3.1.1采用比例組合法進(jìn)行分配

分配公式為：

式中：Ri新為分配給新機(jī)型（新系統(tǒng)）第i個(gè)分系統(tǒng)的故障率；RS新為新機(jī)型（新系統(tǒng)）的故障率指標(biāo)；Ri老為老機(jī)型（老系統(tǒng)）第i個(gè)分系統(tǒng)的故障率；RS老為老機(jī)型（老系統(tǒng)）的故障率。

對(duì)按公式（1）進(jìn)行預(yù)分配后，可根據(jù)3.1.2的分配原則進(jìn)行分配指標(biāo)的調(diào)整。

3.1.2分配原則

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜的，分配指標(biāo)要低一些。

（2）功能重要、故障后果嚴(yán)重的，分配指標(biāo)要高些。

（3）工作環(huán)境苛刻的，分配指標(biāo)要低些。

（4）采用新技術(shù)的分配指標(biāo)要低一些。

（5）不便于維修的，分配指標(biāo)要高些。

（6）重新分配后，必須滿足公式（2）的要求

3.2 批產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)分配方法

分配公式為：

式中：Ri新為第i個(gè)分系統(tǒng)新的故障率指標(biāo)；RS新為整機(jī)新的故障率指標(biāo)；Ri老為第i個(gè)分系統(tǒng)的現(xiàn)在的故障率；Ri老為整機(jī)現(xiàn)在的故障率。

對(duì)按公式（3）進(jìn)行預(yù)分配后，可根據(jù)3.2.2的分配原則進(jìn)行分配指標(biāo)調(diào)整。

3.2.2分配原則

（1）結(jié)構(gòu)復(fù)雜的，分配指標(biāo)要低一些。

（2）功能重要、故障后果嚴(yán)重的，分配指標(biāo)要高些。

（3）工作環(huán)境苛刻的，分配指標(biāo)要低些。

不僅是食材的把控上有困難，更難的是一些經(jīng)營問題。韓琳表示，濟(jì)南的輕食市場(chǎng)還是需要以平臺(tái)外賣來帶動(dòng)?！靶碌甑钠咛欤脚_(tái)會(huì)給流量補(bǔ)貼，讓店鋪排名靠前。這幾天是推廣店鋪的最佳時(shí)期，但是我們經(jīng)常會(huì)收到一些疑似同行的惡意差評(píng)。這對(duì)新店來說是致命的打擊?！辈粌H要操心食材，這些難以解決的問題也十分牽扯精力。

（4）采用新技術(shù)的分配指標(biāo)要低一些。

（5）不便于維修的，分配指標(biāo)要高些。

（6）重新分配后，必須滿足公式（4）的要求

4 結(jié)果分析

通過上述系統(tǒng)策劃、制訂相應(yīng)管理規(guī)定及方法后，企業(yè)可靠性工作得到了全面開展和實(shí)施，主要表現(xiàn)在：

（1）通過組織機(jī)構(gòu)設(shè)立和可靠性管理規(guī)定實(shí)施，明確了在柴油機(jī)開從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、研制、制造、使用到維修全過程中所開展的可靠性分析工作，確保新產(chǎn)品可靠性水平能滿足顧客需求，并保證批產(chǎn)品可靠性的增長。

（2）通過采用新的《柴油機(jī)可靠性評(píng)價(jià)方法》后，得到了整機(jī)及零部件不同參數(shù)評(píng)價(jià)跟蹤圖表及分析圖表，用于柴油機(jī)可靠性評(píng)價(jià)及分析。

4.1 整機(jī)RD曲線

整機(jī)故障率曲線如圖2所示，橫軸代表生產(chǎn)月份，縱軸代表故障率；出廠三個(gè)后的故障率，簡(jiǎn)稱故障率3；出廠半年后的故障率，簡(jiǎn)稱故障率6；出廠一年后的故障率，簡(jiǎn)稱故障率12；出廠一年半后的故障率，簡(jiǎn)稱故障率18。從整機(jī)故障率曲線可知，04年6月和04年8月出廠機(jī)出現(xiàn)有異常。

圖2 整機(jī)故障率曲線

4.2 整機(jī)R F曲線

整機(jī)維修頻率曲線如圖3所示，橫軸代表生產(chǎn)月份，例如0312表示2003年12月；縱軸代表維修頻率，如圖3中的2表示維修頻率為2次。出廠三個(gè)月后的維修頻率，命名為Rf3；出廠半年后的維修頻率，命名為Rf6；出廠一年后的維修頻率，命名為Rf12。從整機(jī)維修頻率曲線可知，三個(gè)月和半年維修頻率比一年和一年半年的還高，說明早期故障高，生產(chǎn)控制存在問題。

圖3 B10的指標(biāo)規(guī)劃

4.3 整機(jī)RS曲線

整機(jī)RS故障率曲線如圖4所示，橫軸為反饋月份，例如0505代表的是2005年5月；縱軸為故障率，例如600000表示故障率為600000PPM。從曲線看來，按反饋時(shí)間，故障率呈每月上升趨勢(shì)，在2005年11月反饋故障率最高。

圖4 RS故障率曲線

4.4 實(shí)施潛在失效模式和后果分析

通過實(shí)施《潛在失效模式和后果分析》，對(duì)構(gòu)成產(chǎn)品的各子系統(tǒng)、零部件、對(duì)構(gòu)成過程的各個(gè)因素逐一進(jìn)行分析，找出潛在的失效模式，分析其可能的后果，評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)從而預(yù)先采取措施，減少失效模式的嚴(yán)重度、降低可能發(fā)生的概率，在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)或工藝中存在問題，避免過多的晚期修改帶來的損失，降低開發(fā)成本，有效提高質(zhì)量和可靠性，作為設(shè)計(jì)/過程策劃活動(dòng)的一部分，F(xiàn)MEA應(yīng)該在設(shè)計(jì)任務(wù)完成（如設(shè)計(jì)圖樣完成，過程設(shè)計(jì)文件完成）之時(shí)完成FMEA工作，從而為制訂試驗(yàn)計(jì)劃、控制計(jì)劃提供依據(jù)。

4.5 各機(jī)型可靠性指標(biāo)進(jìn)行三年規(guī)劃

通過系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)，對(duì)各機(jī)型可靠性指標(biāo)進(jìn)行三年規(guī)劃，明確了可靠性指標(biāo)進(jìn)行三年規(guī)劃，明確了可靠性增長目標(biāo)。表3給出了“10%產(chǎn)品出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)的運(yùn)行時(shí)間或里程B10”的指標(biāo)規(guī)劃。

表3 B10的指標(biāo)規(guī)劃

4.6 將整機(jī)可靠性指標(biāo)分配到零部件及各零件供應(yīng)商

根據(jù)可靠性分配方法，對(duì)整機(jī)可靠性進(jìn)行了科學(xué)分配，將整機(jī)可靠性指標(biāo)分配到零部件及各零件供應(yīng)商，落實(shí)了目標(biāo)及責(zé)任。表4給出了4108機(jī)型部分零部件的整機(jī)可靠性指標(biāo)分配。

表4 4108機(jī)型整機(jī)可靠性指標(biāo)分配

4.7 應(yīng)用威布爾分析及各種統(tǒng)計(jì)方法指導(dǎo)可靠性分析

應(yīng)用威布爾分析及各種統(tǒng)計(jì)方法[10-11]，為可靠性分析提供了依據(jù)，指明了方向。下面以如某機(jī)型噴油器偶件斷裂為例，說明零件故障的可靠性分析方法。

4.7.1故障基本情況

某機(jī)型噴油器偶件發(fā)生斷裂故障的基本情況是：77臺(tái)偶件中，有15臺(tái)噴油器體裂，62臺(tái)偶件斷。故障里程分布為：最短里程63 km，最長里程20 200 km，平均里程5 609 km。

4.7.2威布爾分析

（1）具體參數(shù)收集

分兩個(gè)時(shí)間段收集具體參數(shù)進(jìn)行威布爾分析，詳見表5。

表5 噴油器偶件發(fā)生斷裂故障的威布爾分析

（2）圖形分析

通過將兩個(gè)時(shí)間段出廠的柴油機(jī)出現(xiàn)故障的里程導(dǎo)入威布爾軟件，獲得失效數(shù)據(jù)擬合圖形，如圖5所示，為2004年12月～2005年2月的失效數(shù)據(jù)擬合圖形。由圖形所知，噴油器偶件壽命分布模型符合威布爾三參數(shù)模型。

圖5 失效數(shù)據(jù)擬合圖形

通過威布爾軟件計(jì)算獲得概率密率函數(shù)圖形，如圖6所示，為2004年12月～2005年2月的概率密率函數(shù)圖形。由圖形所知，噴油器偶件概率圖形形狀參數(shù)B=0.429。

圖6 概率密率函數(shù)圖

通過威布爾軟件分析獲得噴油器偶件失效率函數(shù)圖形，如圖7所示，為2004年12月～05年2月的失效率函數(shù)圖形。由圖形所知，噴油器偶件早期失效率較高，隨著使用時(shí)間加長，故障率快速下降。

圖7 噴油器偶件失效率函數(shù)圖形

（3）綜合分析

1）失效件的里程短：最小里程為63 km，最大里程為20 200 km，平均里程為5 609 km；

2）從取2004年12及2005年1、2月出廠機(jī)和2005年4、5月出廠機(jī)進(jìn)行分析的情況，平均里程、最大、最小里程相差都不大，說明與使用時(shí)間長短關(guān)系不大。

3）從壽命分布模型看，屬于威布爾三參數(shù)模型，且圖形很相似，形狀參數(shù)B都小于1，分別為0.42和0.429。

（4）根據(jù)上述分析，噴油器偶件斷屬早期失效，應(yīng)是生產(chǎn)控制方面存在有問題。

4.8 故障的計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)一了故障代碼編寫規(guī)則后，方便各服務(wù)站的故障信息采集，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)，提高了故障分析效率。如圖8所示，給出了氣泵故障模式的統(tǒng)計(jì)。

圖8 整機(jī)故障件排列圖

5 總結(jié)

（1）建立了一套符合企業(yè)實(shí)際的完整的可靠性管理體系，明確了各相關(guān)部門在柴油機(jī)可靠性工作的職責(zé)和要求，使可靠性工作有組織、有計(jì)劃進(jìn)行；

（2）明確了在柴油機(jī)開發(fā)各個(gè)階段所應(yīng)用的可靠性技術(shù)和方法，保證了柴油機(jī)在開發(fā)階段的可靠性；

（3）采用國際上通行的柴油機(jī)可靠性評(píng)價(jià)方法，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)可靠性評(píng)價(jià)方法與國際對(duì)接，找出公司產(chǎn)品存在的差距；由于采用圖表跟蹤，直觀體現(xiàn)了不同生產(chǎn)時(shí)間段的柴油機(jī)可靠性水平，并對(duì)柴油機(jī)可靠性分析和提高起了較大作用；

（4）統(tǒng)一柴油機(jī)故障模式編寫要求，規(guī)范了全國各服務(wù)站對(duì)故障模式填寫和輸入，實(shí)現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)對(duì)故障模式的統(tǒng)計(jì)及分析，提高了分析效率及準(zhǔn)確性；

（5）應(yīng)用可靠性分析軟件——威布爾分析及各種統(tǒng)計(jì)方法，為可靠性分析提供了依據(jù)，指明故障產(chǎn)生的基理；

（6）通過系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)，對(duì)各型號(hào)柴油機(jī)可靠性指標(biāo)進(jìn)行規(guī)劃，明確了可靠性增長目標(biāo)，并通過科學(xué)分配，將整機(jī)可靠性指標(biāo)分配到各零部件，明確相關(guān)部門責(zé)任，確保了整機(jī)可靠性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；

（7）實(shí)現(xiàn)了以統(tǒng)計(jì)分析為手段，以故障分析為基礎(chǔ)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，為改進(jìn)和進(jìn)一步提高產(chǎn)品可靠性夯實(shí)基礎(chǔ)。