可靠性理论在柴油机行业的应用

邓业全

（广西华原过滤系统股份有限公司，广西 玉林537005）

0 引言

产品可靠性是一项重要的质量指标，随着科学技术的发展，可靠性工程越来越为企业所重视。产品可靠性水平的高低，关系到产品的竟争能力，只有可靠性的产品，才能在国内、外市场的激烈竟争中取胜[1]。因此，产品的可靠性好坏关系到一个企业的信誉与兴衰。

本论文根据企业的实际情况，结合国外先进汽车公司及研究所在柴油机可靠性工程方面的应用，提出适合企业产品（柴油机）的可靠性分析、评价、管理体系和可靠性数据收集体系，指导对柴油机可靠性分析，提高柴油机可靠性，从而提高产品在国内、外市场的竟争力，提升企业品牌。

1 完善企业可靠性工程

针对企业在可靠性工程方面应用的现状及存在问题，参照国外发动机行业在可靠性工程应用方面的经验，在以下几方面的项目中进行研究及推广可靠性工作：

1.1 完善产品可靠性评价体系

引进了目前国际上流行的对汽车及其零部件可靠性的评价方法[2]：B10、Rf、Rd，并有机地结合公司的实际情况，整理和完善了一套完整适合我公司产品可靠性评价方法，如年维修频率Rf及Rd的季度、半年、年度、一年半故障率趋势图等，以上可靠性参数及其评价方法能从不同角度、不同层次、不同阶段真实反映出我公司各系列产品的可靠性水平，及时指导可靠性分析工作的进行。

1.1.1批产前产品可靠性评价方法

只有年维修频率Rf、10%产品出现严重故障时的运行时间或里程B10及台架扣分值同时达到目标要求才认为可靠性达标。

（1）台架扣分值。 按QC/T901《汽车发动机产品质量检验评定方法》中台架扣分值计算方法进行。

（2）年维修频率Rf。Rf=M/MTBF，M为年平均里程，参考公司相似机型及市场同类机型的年平均里程确定；MTBF为平均故障间隔时间或里程，MTBF=m/r。其中：r为试验时间t内的故障数，m为等效里程，m＝t*a*v（a为加速因子；v为每小时平均里程）。

1.1.2批产后产品可靠性评价方法

只有 R0、Rf、Rd、B10、RⅠ+Ⅱ和台架扣分值同时达到目标要求才认为可靠性达标。

（1）台架扣分值：按QC/T901《汽车发动机产品质量检验评定方法》中台架扣分值计算方法进行。

（2）按月度汽车厂调试进行统计的故障率R0。R0＝（r0/n0）× 100%（r0为汽车厂调试故障数，n0为汽车厂装车数）。

（3）年维修频率 Rf。Rf=M/MTBF，M 为年平均里程；MTBF=m/r（m为同批出厂机累计里程，r为同批出厂机累计故障数）

（4）按生产日期（月份）进行统计的故障率Rd。Rd=r/n，r为某一时间段内生产的柴油机在使用中出现的故障总数；n为某一时间段生产的发动机数。

（5）10%产品出现严重故障时的运行时间或里程B10。采用威布尔软件进行计算。

1.2 完善可靠性管理体系，制订相关管理制度

1.2.1完善可靠性管理体系

可靠性管理组织机构是可靠性工程与管理的组织保证，可靠性这一新学科涉及到许多不同的技术领域，需要各级领导重视并建立强有力的可靠性工作组织机构才能把可靠性工作做好，根据企业实际情况，设置了可靠性管理体系[3]，如图1所示。

图1 企业可靠性管理体系

1.2.2制订产品开发各阶段可靠性管理规定

制订相关管理制度的目的是：规划、组织、协调、控制并监督产品可靠性工程技术工作，指导产品从规划、设计、研制、制造、使用到维修全过程中所开展的可靠性分析工作，确保新产品可靠性水平能满足顾客需求，并保证产品可靠性的增长。

1.2.3制订潜在的失效模式及后果分析（FMEA）管理办法

针对在产品开发过程中问题较多，制订了《潜在的失效模式及后果分析(FMEA)管理办法》。

1.2.4制订柴油机可靠性指标分配方法

制订柴油机可靠性指标分配方法（详见本文第3点），并对各型号柴油机整机可靠性指标进行分解，与零部件的制造商签订质量协议，根据可靠性指标完成情况进行考核。

1.2.5制定可靠性增长计划

制定可靠性增长计划，并根据《柴油机可靠性指标分配方法》，对各型号柴油机整机可靠性指标进行分解，与零部件的制造商签订质量协议，根据可靠性指标完成情况进行考核。

2 产品开发各阶段可靠性管理规定

2.1 产品规划、设计开发阶段

企业在产品开发的各个阶段都制订了相应的管理办法，如：《产品规划管理办法》、《产品可靠性评价方法》、《产品可靠性分配方法》、《可靠性指标分配表》、《潜在的失效模式及后果分析（FMEA）管理办法》、《CAE分析管理方法》、《设计评审管理办法》、《机械开发管理办法》、《试验过程控制管理办法》、《产品设计验证控制管理办法》、《产品图样和技术文件管理办法》、《产品图样和技术文件晒发工作规范》、《供应商质量开发程序》、《采购件质量控制手册》、《发动机应用开发部产品应用开发工作程序》、《发动机应用开发部签订配套技术协议管理制度》、《发动机应用开发部整车配套确认测试管理办法》、《测量系统分析管理办法》、《过程开发与持续改进管理办法》、《发动机产品质量监督抽查及评定办法》、《外质量信息管理规定》、《公司级信息收集和业务数据分析管理办法》、《服务培训管理规定》等，并规定了责任部门、传递部门、期量标准和相应的执行记录。如表1所示，为企业制订的产品发各个阶段可靠性管理规定的部分范例[4-9]。

表1 产品开发各阶段可靠性管理规定（部分）

2.2 产品试验与投放阶段

企业制订的产品试验与投放阶段可靠性管理规定如表2所示。

表2 产品试验与投放阶段可靠性管理规定

3 柴油机可靠性指标分配方法

3.1 新产品的可靠性分配方法

3.1.1采用比例组合法进行分配

分配公式为：

式中：Ri新为分配给新机型（新系统）第i个分系统的故障率；RS新为新机型（新系统）的故障率指标；Ri老为老机型（老系统）第i个分系统的故障率；RS老为老机型（老系统）的故障率。

对按公式（1）进行预分配后，可根据3.1.2的分配原则进行分配指标的调整。

3.1.2分配原则

（1）结构复杂的，分配指标要低一些。

（2）功能重要、故障后果严重的，分配指标要高些。

（3）工作环境苛刻的，分配指标要低些。

（4）采用新技术的分配指标要低一些。

（5）不便于维修的，分配指标要高些。

（6）重新分配后，必须满足公式（2）的要求

3.2 批产品的可靠性指标分配方法

分配公式为：

式中：Ri新为第i个分系统新的故障率指标；RS新为整机新的故障率指标；Ri老为第i个分系统的现在的故障率；Ri老为整机现在的故障率。

对按公式（3）进行预分配后，可根据3.2.2的分配原则进行分配指标调整。

3.2.2分配原则

（1）结构复杂的，分配指标要低一些。

（2）功能重要、故障后果严重的，分配指标要高些。

（3）工作环境苛刻的，分配指标要低些。

不仅是食材的把控上有困难，更难的是一些经营问题。韩琳表示，济南的轻食市场还是需要以平台外卖来带动。“新店的七天，平台会给流量补贴，让店铺排名靠前。这几天是推广店铺的最佳时期，但是我们经常会收到一些疑似同行的恶意差评。这对新店来说是致命的打击。”不仅要操心食材，这些难以解决的问题也十分牵扯精力。

（4）采用新技术的分配指标要低一些。

（5）不便于维修的，分配指标要高些。

（6）重新分配后，必须满足公式（4）的要求

4 结果分析

通过上述系统策划、制订相应管理规定及方法后，企业可靠性工作得到了全面开展和实施，主要表现在：

（1）通过组织机构设立和可靠性管理规定实施，明确了在柴油机开从规划、设计、研制、制造、使用到维修全过程中所开展的可靠性分析工作，确保新产品可靠性水平能满足顾客需求，并保证批产品可靠性的增长。

（2）通过采用新的《柴油机可靠性评价方法》后，得到了整机及零部件不同参数评价跟踪图表及分析图表，用于柴油机可靠性评价及分析。

4.1 整机RD曲线

整机故障率曲线如图2所示，横轴代表生产月份，纵轴代表故障率；出厂三个后的故障率，简称故障率3；出厂半年后的故障率，简称故障率6；出厂一年后的故障率，简称故障率12；出厂一年半后的故障率，简称故障率18。从整机故障率曲线可知，04年6月和04年8月出厂机出现有异常。

图2 整机故障率曲线

4.2 整机R F曲线

整机维修频率曲线如图3所示，横轴代表生产月份，例如0312表示2003年12月；纵轴代表维修频率，如图3中的2表示维修频率为2次。出厂三个月后的维修频率，命名为Rf3；出厂半年后的维修频率，命名为Rf6；出厂一年后的维修频率，命名为Rf12。从整机维修频率曲线可知，三个月和半年维修频率比一年和一年半年的还高，说明早期故障高，生产控制存在问题。

图3 B10的指标规划

4.3 整机RS曲线

整机RS故障率曲线如图4所示，横轴为反馈月份，例如0505代表的是2005年5月；纵轴为故障率，例如600000表示故障率为600000PPM。从曲线看来，按反馈时间，故障率呈每月上升趋势，在2005年11月反馈故障率最高。

图4 RS故障率曲线

4.4 实施潜在失效模式和后果分析

通过实施《潜在失效模式和后果分析》，对构成产品的各子系统、零部件、对构成过程的各个因素逐一进行分析，找出潜在的失效模式，分析其可能的后果，评估其风险从而预先采取措施，减少失效模式的严重度、降低可能发生的概率，在早期发现设计或工艺中存在问题，避免过多的晚期修改带来的损失，降低开发成本，有效提高质量和可靠性，作为设计/过程策划活动的一部分，FMEA应该在设计任务完成（如设计图样完成，过程设计文件完成）之时完成FMEA工作，从而为制订试验计划、控制计划提供依据。

4.5 各机型可靠性指标进行三年规划

通过系统分析和评价，对各机型可靠性指标进行三年规划，明确了可靠性指标进行三年规划，明确了可靠性增长目标。表3给出了“10%产品出现严重故障时的运行时间或里程B10”的指标规划。

表3 B10的指标规划

4.6 将整机可靠性指标分配到零部件及各零件供应商

根据可靠性分配方法，对整机可靠性进行了科学分配，将整机可靠性指标分配到零部件及各零件供应商，落实了目标及责任。表4给出了4108机型部分零部件的整机可靠性指标分配。

表4 4108机型整机可靠性指标分配

4.7 应用威布尔分析及各种统计方法指导可靠性分析

应用威布尔分析及各种统计方法[10-11]，为可靠性分析提供了依据，指明了方向。下面以如某机型喷油器偶件断裂为例，说明零件故障的可靠性分析方法。

4.7.1故障基本情况

某机型喷油器偶件发生断裂故障的基本情况是：77台偶件中，有15台喷油器体裂，62台偶件断。故障里程分布为：最短里程63 km，最长里程20 200 km，平均里程5 609 km。

4.7.2威布尔分析

（1）具体参数收集

分两个时间段收集具体参数进行威布尔分析，详见表5。

表5 喷油器偶件发生断裂故障的威布尔分析

（2）图形分析

通过将两个时间段出厂的柴油机出现故障的里程导入威布尔软件，获得失效数据拟合图形，如图5所示，为2004年12月～2005年2月的失效数据拟合图形。由图形所知，喷油器偶件寿命分布模型符合威布尔三参数模型。

图5 失效数据拟合图形

通过威布尔软件计算获得概率密率函数图形，如图6所示，为2004年12月～2005年2月的概率密率函数图形。由图形所知，喷油器偶件概率图形形状参数B=0.429。

图6 概率密率函数图

通过威布尔软件分析获得喷油器偶件失效率函数图形，如图7所示，为2004年12月～05年2月的失效率函数图形。由图形所知，喷油器偶件早期失效率较高，随着使用时间加长，故障率快速下降。

图7 喷油器偶件失效率函数图形

（3）综合分析

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

2）从取2004年12及2005年1、2月出厂机和2005年4、5月出厂机进行分析的情况，平均里程、最大、最小里程相差都不大，说明与使用时间长短关系不大。

3）从寿命分布模型看，属于威布尔三参数模型，且图形很相似，形状参数B都小于1，分别为0.42和0.429。

（4）根据上述分析，喷油器偶件断属早期失效，应是生产控制方面存在有问题。

4.8 故障的计算机统计

统一了故障代码编写规则后，方便各服务站的故障信息采集，实现了计算机统计，提高了故障分析效率。如图8所示，给出了气泵故障模式的统计。

图8 整机故障件排列图

5 总结

（1）建立了一套符合企业实际的完整的可靠性管理体系，明确了各相关部门在柴油机可靠性工作的职责和要求，使可靠性工作有组织、有计划进行；

（2）明确了在柴油机开发各个阶段所应用的可靠性技术和方法，保证了柴油机在开发阶段的可靠性；

（3）采用国际上通行的柴油机可靠性评价方法，实现了柴油机可靠性评价方法与国际对接，找出公司产品存在的差距；由于采用图表跟踪，直观体现了不同生产时间段的柴油机可靠性水平，并对柴油机可靠性分析和提高起了较大作用；

（4）统一柴油机故障模式编写要求，规范了全国各服务站对故障模式填写和输入，实现了利用计算机对故障模式的统计及分析，提高了分析效率及准确性；

（5）应用可靠性分析软件——威布尔分析及各种统计方法，为可靠性分析提供了依据，指明故障产生的基理；

（6）通过系统分析和评价，对各型号柴油机可靠性指标进行规划，明确了可靠性增长目标，并通过科学分配，将整机可靠性指标分配到各零部件，明确相关部门责任，确保了整机可靠性目标的实现；

（7）实现了以统计分析为手段，以故障分析为基础，进行现场数据及试验数据的统计分析，为改进和进一步提高产品可靠性夯实基础。