践行可靠性系统工程实现轴承行业高质量发展(续完)

卢刚

(中国轴承工业协会，北京 100055)

4 技术成熟度是轴承产品可靠度的基础

4.1 技术成熟度

我国轴承工业经过了80年的发展历程，但轴承制造技术仍然不够完善，不够成熟，其最集中的体现是在高端轴承制造领域。

工业化的成熟离不开技术的成熟。轴承是一个细化得不能再细化的基础件，但涉及的技术却很宽泛：材料工程技术、精密制造技术、检测技术、试验技术、实时监控技术、润滑技术、密封技术等。综上，认为轴承技术的成熟度包含了5个内容：1)实用性程度；2)技术生命周期；3)工艺流程的完善程度；4)配套资源的完善程度；5)技术发展状态。

轴承技术成熟度的内涵及发展如图6—图8所示。从图中可以看出，轴承技术成熟度与时间密切相关,与期望相关,与市场需求相关,与同业竞争相关,与产业链相关,与技术进步及发展相关,与开放不开放相关！

图6 轴承技术成熟度的内涵

图7 轴承技术成熟度(新技术)发展全过程

图8 轴承技术成熟过程分解

4.2 技术成熟度评价

评价技术成熟度离不开技术应用的满意度。满意不满意取决于对应的期望：期望高，满意度就会低；期望低，满意度就高。但仍是有客观标准的：1)满足应用要求；2)技术极致；3)经济可行；4)推广应用；5)规范与价值效果。

4.3 SKF的案例

笔者在2011年参加ISO/TC4第25次(布鲁塞尔)会议期间，访问SKF ERC时得知其研究从概念到产品，按技术成熟程度分为3个阶段、9个等级，上一阶段的结束与下一阶段的开始互有重迭，如图9所示。

图9 SKF产品的技术成熟度划分

4.4 NASA案例

NASA(美国航空航天局)于20世纪70年代提出了技术成熟度(Technology Readiness Levels，TRL)的概念，1995年起草并发布了《TRL白皮书》，将其确定为9个等级，并于2005年得到了美国国防部的正式确认，如图10所示。

图10 NASA的技术成熟度划分

从图10可以看出：TRL1涉及科学与技术知识成果，TRL2—TRL 7属于技术开发，TRL3—TRL7涉及试验，TRL5—TRL8涉及产品化，TRL6属于模拟。一般认为，处于TRL5及以后等级的科技成果具备一定的实用性，可以进入科技成果转化进程。据国外学者统计，创新活动中42%的发明处于概念验证阶段(即TRL2阶段)，29%的发明处于实验室原型(机)状态(即TRL4阶段)，能够实际商业化应用的只有12%。不是所有的技术创新都具有或都能转化为商业价值，要支撑12%成功率，需要概念验证阶段(42%的发明)和实验室原型状态(29%的发明)的艰苦工作。

另外需要注意的是，上述9个等级是从技术研发所经历的阶段或过程进行的划分，即从研究→开发→产品化等若干里程碑来划分，不涉及配套技术、资源，市场成熟度及外部环境等方面的情况，适合于只考虑技术因素而不需考虑其他因素的情形。

5 中国特色的工业化过程

国外的工业化过程，过去一百年已经逐步实现了现代化。西方先进国家的制造业平均每十年左右就会普遍遇到一类共性问题并最终得到解决，即在“发现问题→研究问题→解决问题”的循环往复中、按部就班的发展起来。

中国工业化进程从新中国开始，迄今大致约70年，习惯分成2个阶段：改革开放前与改革开放后，即所谓前30年和后40年。

5.1 改革开放前的30年

改革开放前的30年主要是打基础，布局工业体系。最终，工业体系已具模样，但基础打得却不牢固。面对“一穷二白”的底子，一切“从无到有”，难免“急于求成”，也顾不上“按部就班”！

在20世纪五六十年代，“测绘仿制”，拷贝模仿，或者干脆就叫“山寨”。这是一个发展中国家走向工业化的必由之路，也是一个国家工业化快速发展的必由之路。就像德国当年模仿英国，没有测绘、模仿或所谓的“侵权”，德国、日本和中国制造都走不到今天。

测绘仿制过程中没有正向研发，只有生产过程的质量管理。彼时中国还不是消费型社会，消费能力不强导致生产批量很小，产业规模不大。因此在改革开放前的30年，研发上基本是测绘仿制，制造上也没有大批量、规模化，满足不了人民生活和社会发展的需求。这个背景下，认识不到对于质量可靠性的需求，即使有也很弱。

基础不同，积累也不一样。同时期的工业化国家经过工业革命，已经有了100多年的发展，其社会需求丰富且充足，有力地促进了制造业的规模化发展，制造过程的质量控制、质量检验的发展也很充分，在二战时期形成的许多科技成果，随着20世纪50年代可靠性概念的出现，开始有了正向研发，美国军工行业也开始建立研发程序(采办程序)，经过30年成熟过程可谓炉火纯青。制造业规模和质量均获得迅猛发展。而中国制造的正向研发从改革开放后的20世纪80年代才开始，军工行业晚了30年，而非军工行业又比军工行业晚了20年左右，差距自然不小。

5.2 改革开放40年

20世纪80年代前，国外的可靠性、维修性工程实践了20多年，概念、方法齐全但效果并不佳，武器装备的可靠性也差强人意。因此，美国国防部狠抓可靠性、维修性管理，制定出很多政策文件。同一时期，我国新型歼击机(歼十)立项，北航受到美国重视可靠性的启发，成立了可靠性系统工程专业。在对可靠性工程几乎一无所知的背景下，老一辈专家开始了可靠性技术研究，既是专业，也是创业。正是这个高屋建瓴的行为才造就了今天的可靠性系统工程的应用成果。随后，我国在20世纪90年代提出了可靠性系统工程，重点攻关与故障相关的特性设计。通过近40年的发展，在管理的方法论方面基本赶上国外水平，而且具有一定的特色。

5.3 中外工业化过程对比

从图11可以看出：生产过程管理上，中国落后国外40年；研制程序管理上，中国落后国外30年；全系统全寿命管理上，中国落后国外20年。实际上，考虑非军工行业与军工行业的差距，恐怕落后时间还应再加上10年。

透过中外工业化发展的对比——生产过程、研制过程和全系统全寿命的管理，可以看出可靠性系统工程的诞生背景。实际上，这些完全应对了“可靠性是设计出来的,生产出来的,管理出来的”论断(钱学森)。质量也符合这个论断：是设计出来的，生产出来的，管理出来的。中国制造要从大国变为强国，企业必须遵循“设计→生产→管理”的路子，狠抓质量和可靠性,而以系统工程方式推行可靠性技术与管理是一条现实可行的成功之路。

6 可靠性系统工程解读

实施可靠性系统工程的8个要素、5种应用模式，共同构成了企业的可靠性系统工程能力。

6.1 实施要素

如图12所示，实施可靠性系统工程的8个要素包括指标体系、组织形式、专业队伍、工作流程、规范指南、过程控制、数据信息、技术集成。

图12 可靠性系统工程的实施要素

6.2 应用模式

如图13所示，可靠性系统工程的5种应用模式包括故障归零模式、试验把关模式、定量设计模式、故障补偿模式、综合集成模式。

图13 可靠性系统工程的应用模式

6.3 能力等级评价

可靠性系统工程能力等级根据可靠性系统工程能力的不同水平进行划分，每一等级都代表了组织改进过程中经历的一个阶段。通过可靠性系统工程能力成熟度评价可以判断企业可靠性做的好或不好，其每一级都有详细的定义，企业需按规定一步一步走，循序渐进。

6.3.1 能力成熟度

第1级是已执行级，也称初始级。开始RMS(可靠性Reliability、维修性Maintenance、安全性Safety)的各项工作，但工作项目不完善，各项工作处于混乱状态，没有良好的计划和跟踪监控，RMS工作不能与产品的设计、试验和生产过程相融合。RMS工作的效果取决于执行工作的人员素质。

第2级是已管理级。RMS工作有专人负责，成为一项专业，并且与设计、试验和生产过程相融合，产品的RMS专业特性得到保证。一个项目中RMS工作的成功经验可以在组织中的其他项目中复现。

第3级是已定义级。建立了组织的RMS标准规范，各项目实施中RMS工作均按照标准规范执行，产品的RMS指标得到很大程度的提高，RMS工作结果可以被跟踪和控制。

第4级是定量管理级。RMS工作的执行可用量化指标度量，组织的RMS工程能力可以量化评测。通过量化的手段可以预测产品RMS指标的改进趋势、工作进度、成本需求。当超过不可接受的范围时，可以采取相应的手段加以纠正，从而实现对产品RMS工作的控制和管理。

第5级是优化级。组织能对RMS工作进行整合及优化。组织有能力识别出RMS工作的潜在缺陷并进行有针对性的过程改进。组织能主动吸取新技术或者完善已有的技术，组织可靠性系统工程能力会得到不断的改进和完善。

6.3.2 能力评价要点

工程能力评价分为4大类指标、10个项目、24个要点，计分点共100多个，具体分布见表4。

表4 工程能力评价指标

根据已经实施可靠性系统工程企业的经验，依据给定评判模型，好的企业从导入可靠性开始，用5年左右的时间就能达到5级水平，但也有的企业长时间停留在2级水平。

6.3.3 评价效果

不同能力级别的评价效果如图14所示。航空企业中已经有20多个单位完成了能力评价，有些已达到了第3级并开始形成自己的标准。航空企业虽然做的很好，也不过是在第2、第3级水平，而华为应该已达到第5级的阶段。从可靠性角度来看真的很不一样。另外，这个评价模型也可以用来进行企业自评。

图14 不同能力级别的评价效果

6.4 打造中国制造业可靠性系统工程生态

如图15所示，工业界、学术界、生产性服务业共同构成了可靠性系统工程生态圈。

图15 可靠性系统工程的生态圈

6.4.1 工业界

制造业的企业是牵引可靠性工作的动力，可靠性需求会带来新的发展，更高的质量要求，更强的社会责任，最具中国特色的中国产品的使用场景，这非常重要。例如，地铁出入口的闸机虽然有国产产品，但由于总出现故障而影响使用，特别是高峰期造成的影响非常不好，鉴于产品的可靠性要求，选择安装了西门子公司的产品。产品初期使用效果挺好，但当地铁载客量越来越多时，产品故障率也逐渐提高，西门子公司也很奇怪在国外得到一百多年验证的闸机怎么到中国就不好用了。通过调查，西门子公司发现中国地铁人流量太大了，一个个过闸机的频度是全世界最高的，其软件、硬件不适应这个频度，就出现了故障，所以使用场景不一样，也会影响可靠性。

6.4.2 学术界

可靠性是大学里一个成长中的新学科，可靠性从工程走向科学需要培养大量的专业人才，进行更多可靠性的基础研究、技术研究。国外从事可靠性研究的教授很羡慕我们，认为中国制造业的发展历程和使用场景与国外不一样，中国的研究人员近水楼台，会遇到质量可靠性学科发展的新问题，研究内容是国外专家接触不到的，这样发展下去，未来十年或二十年后中国的可靠性学科就会步入世界领先地位。这个思考的角度让我们很受启发，对中国的可靠性研究也非常有信心，问题在于我们如何去努力。

6.4.3 生产性服务业

生产性服务业，即“十九大”报告中的“现代服务业”，这是创业者的乐园。伴随着从制造大国向制造强国的转型，可靠性咨询服务作为现代服务业也要有跨越式的发展。

6.4.4 小结

可靠性系统工程生态圈的发展，预示着正在交互打造中国可靠性的生态链，这是未来的发展方向和目标。

7 轴承企业实施可靠性系统工程的路径与建议

7.1 企业实施可靠性的切入点

轴承企业迫切关注的共性问题有2点：1)改变“微利”状况；2)发展高端产品，开展长寿命高可靠性轴承攻关。然而，制造过程的成本太高：原材料涨价,劳动力成本提高，融资成本、质量成本、企业运营成本都是一个“涨”字。长寿命高可靠性早已成为轴承长盛不衰的卖点，也是轴承的核心竞争力。降成本、延寿命应该是推动实施可靠性的强大动力，现举例说明。

7.1.1 长虹的经验

长虹公司于2007年开始导入可靠性，当时售后数据显示维修费用约占利润的30%。电视机的利润本来就薄，要想保住利润就要高可靠性。家电行业售后数据统计的非常清晰，返修率都能计算出来。实施可靠性工程直接导入的就是试验考核。所有电视机在出厂前均进行可靠性试验考核，不通过试验考核方案就不能投产上市。这个规定开始执行时遭到了设计师的抵制，公司初期采取项目组自愿选择，可选择按照试验考核流程，也可继续按原有流程进行。经过半年的数据收集，发现通过考核型号产品的返修率明显下降，按原有流程生产的产品的返修率依然很高。实践表明试验考核流程优势巨大，后期也在全生产线得到了执行，随之制定了可靠性试验考核标准并固化了流程。之后5年的数据表明，产品的返修率均值整体降低，波动也很小。

7.1.2 徐工的经验

徐工实施可靠性工程的出发点是为了实现工程机械产品的高可靠性，目的是提高产品的市场竞争力。实施成果显著：轮式起重机故障率下降 20%以上；3～6 t，7～12 t装载机总体故障率分别下降7.9%和17.9%；360 t矿用挖掘机油缸在澳大利亚实现无故障运行8 000 h；主攻的亚太区收入同比增长40.1%；主攻的高端市场在美国取得重要进展；主攻的海外后市场备件出口首次破亿元大关，增长1.4倍；跨境电商与海外二手车销售均破5 000万元人民币，主攻的新产品大项目旋挖钻机出口同比增长1.75倍，援外项目收入近亿元并增长3.5倍，全力以赴为母公司拿下的大型成套矿山机械大单将改变这个行业的世界竞争格局。

7.1.3 航空航天的经验

航空航天“高大上”，成本与竞争的问题与普通制造业比起来几乎可以不计，但其“安全性”要求却是“天下第一等大事”。航空航天领域的可靠性也应该是尖端级的。其最值得学习和推广的经验就是 “归零”：那怕是成功之后的再重复，也要从零开始，一丝不苟，持之以恒。目的就是实现高可靠性。还有一条经验就是：做好可靠性，三分靠技术、七分靠管理。将管理对实现可靠性目标的重要性放到了第1位。

7.2 实施可靠性系统工程的建议与路径

对于国内轴承企业，提出以下3点建议：

1)企业主导产品的市场有高可靠性需求；

2)企业有发展高端轴承市场的规划；

3)企业决策者意见一致，意志坚决。

有条件接受以上建议的企业，应该考虑实施可靠性系统工程计划。可靠性工程的实施，不是一个短期运动就能解决的，需要对组织、流程进行系统规划，并按照非常规范的专业方式循序渐进，建议实施步骤如下：

1)招聘并培养可靠性专业技术人才(技术与领导层，少数骨干)。

2)应用专业知识，以专业视角研究企业实施可靠性系统工程的切入点，制定初步实施方案。

3)委托(聘请)专业可靠性研究推广机构咨询、辅导，确定实施方案。

4)决定指标体系。①设计口：产品的长寿命与高可靠度，产成品技术指标；②制造口：全工艺流程，原材料指标，主要工艺过程指标，产成品技术指标实现，试验验证指标等；③过程口：工序能力指数，SPC技术应用，检测与分析记录；④管理口：技术、质量、设备、资金、营销(市场)等服务与协调。决定指标体系是成功实施可靠性系统工程的关键。降低成本，减少返修、返工，精益高效，缩短优质产品上市时间，挖掘潜力、扩大产能、创造利润等实施成果都将在指标体系中得到反映。另外，需要应用数字化技术使各指标所在环节互联互通、共享数据、协同管理。

5)召开实施动员大会，分解指标，落实责任。

6)定期考核、整改，达成PDCA循环。

7)达标验收。

8)规范化、标准化、制度化。

7.3 可靠性系统工程需要“工匠精神”

“工匠”是经济实体的精英团队。工匠是个体，工匠精神是群体。企业可靠性系统工程需要“一批”而不只是“个别”工匠。工匠是企业文化的产物，更是工业文化的产物。培养工匠需要“文化”，更需要优秀员工的“悟性”和“磨练”。在浮躁空前的当今，没有守得了清苦和耐得住寂寞的自我修养，很难造就工匠和工匠精神。

1)工匠精神要义

敬业爱岗，见贤思齐；勤于业务，善于学习；精益求精，止于至善。

2)工匠精神的“四破”与“四立”

破从众心理、立“好奇出众”心理，敢为人先；

破雷同效应、立“尝试”新鲜，达成殊途同归，皆有可能效果；

破迷信权威、立“质疑解疑”思想，寻求突破思维；

破经验主义、立与时俱进，改进优化，实践出真知观念。

3)工匠精神的基本要求

克制浮躁，提倡单纯，专心致志；脚踏实地，埋头苦干，少一些急功近利；多维思考，灵活应用，但不投机取巧；干优质产品，树精品岗位；关注细节，谨小慎微，追求极致。

台上一分钟，台下十年功；十年磨剑，功到必成。