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編碼器及自動化產品的可靠性、一致性、可信度的實踐課程(上)
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AI、工業互聯網、工業4.0、機器人、無人工廠,數字化工廠,,我們正被一群賣洋產品的布道傳銷者眼花繚亂的新名詞迷惑的不知所措,焦慮在怕自己是不是要跟不上了,要被機器人淘汰的邊緣。

 

但是,再先進的技術終是要給用戶使用的,需要根據面向用戶對象的實際使用場景落地的。“長江后浪推前浪,前浪死在了沙灘上”,試用這些新玩意兒,會不會是去做了實驗的小老鼠?這其中 ,這些新玩意兒是否能真實為用戶使用場景設計的?是否有產品質量可靠性一致性的可以保證?投入產出比真的像賣產品推薦說的那樣好嗎?

 

在中國自動化行業,講到編碼器和其他自動化產品,關于質量好不好:

“歐洲品牌的比日本品牌的好”?

“進口品牌的比國產品牌的好”?

自動化行業不是在工業?怎么上起了地理課,是以地區劃分的?

進口的就一定比國產的好嗎?這個什么標準的“好”的是怎么回事?

這里面就有一個很大的誤區.,本文就由此討論。

 

“這個品牌傳承了多少多少年了”,就算幾十年了,一百年了,它大部分時間是在干什么的,跟這個產品有關嗎?自動化講起了故事課,于是,就還真有一位做工控低壓電器產品的,去轉行寫起了歷史小說。原來自動化是屬于文科班的,擅長寫故事。

時間久,要看積累并沉淀的是什么。

 

自動化行業為什么常常會聽到一些“不太工業”的話?

評判產品質量,常常會聽到是以自己使用過的或者聽說過的傳話,卻拿不出比較的實際標準。

因為每個工程師做的自動化項目往往是幾個類似的場景,不具備統計學意義,就容易“以偏代全”的講不工業的話了。我們需要理科生的聲音,而不是文科生的。

那么,所謂的這個編碼器好不好?所謂的誰家的性價比高,它到底有沒有理科生的標準?工業制造的語言?

 

產品的應用標準分為“功能”與“性能”,功能就是可以用,但是一致性那么樣,可靠性怎么樣?我們一般說的“好不好”就是這個“性能”與可靠性、一致性的保證。本文重點是可靠性一致性的實踐,只有把可靠性一致性做好了,把誠信豎起來了,才會有客戶對你的可信度。這是一個長期積累的、完整的從用戶場景設計開始的可靠性設計與管理工程。

 

千里之堤,潰于蟻穴——自動化產品對于控制系統的質量可靠性的重要性

 

1,設備系統的復雜化:隨著技術的發展,一個控制系統中的元器件越來越多,系統相關的任何一部分失效而導致整個系統失效的機會增多。設備的復雜性同時也降低了設備的可靠性,使得故障率提高了。

 

2,中國地大物博行業種類齊全,自動化系統使用的場景越來越多樣復雜,產品所處的工作場景面臨也越來越多的復雜性。例如強電磁波干擾、電氣沖擊、高低溫、機械沖擊振動、灰層、南方沿海地區的高濕度水汽等等,使產品的可靠性受到了影響。

 

3,產品生產周期上市周期的縮短,因市場競爭激烈。傳統的產品都要經過幾輪的設計-試制-生產-試驗-試用-回饋改進的過程,然后才能設計定型生產工藝定型,然后才能批量生產并交付用戶使用。隨著市場上創新產品的一波波沖擊,市場競爭的加劇,使得這樣嚴格的幾輪的流程周期無法適應現代市場競爭的時間要求,從設計開發到產品成熟的周期縮短,要求系統內的每一個部件本身具有高可靠性。

 

可靠性:

從工程的角度出發,可靠性定義為產品無故障完成任務的能力。

從統計的角度出發,可靠性定義為產品在規定場景下和規定時間內,完成規定功能的能力與概率。

 

1,產品的可靠性與規定的場景條件是分不開的,這里的場景包括溫度、濕度水汽、灰層污染、振動、沖擊、運輸、安裝等等的使用惡劣的條件及其中幾種極限的集合,例如高溫的同時高濕度。

 

2,產品的可靠性與規定的時間密切相關。產品的可靠性對于時間有一個可靠性變化曲線。

 

3,產品的可靠性還與規定的功能密切相關,還與使用者的素養基本條件與培訓程度密切相關,還與使用的其它配置條件密切相關。

 

可靠性的幾個術語:

MTBF——平均故障間隔時間

MR——任務可靠度

MTBCF——致命性故障間隔任務時間。

 

事實上可靠性工程是從場景的了解熟悉到設計,到供應鏈的管理與生產,試驗與認證,用戶使用到18個月的用戶反饋閉環,其中貫穿的是誠信體系(企業文化)、一致性保證(質量管理)、失效追溯歸零(產品一品一個代碼的可追溯)

 

可靠性工程流程:

 

1,產品客戶應用場景的從了解到熟悉,

2,依據此應用場景范圍要求設計可靠性參數目標,

3,設計、試生產這些產品的長期的一致性保證這些可靠性參數的實現,對上游供應鏈的管控,對下游用戶承諾的誠信保證,ISO9000質量管理體系的建立,ERP及供應商追溯管理體系的建立。如果沒有這樣的體系,做的設計做的試驗跑無軌電車,做錯了都不知道在哪里錯了。(證)

4,產品可靠性參數設計的執行實現,從供應鏈到生產到售后服務的設計保證。試制與試驗。每一個產品有獨立可追溯的一品一個代碼及對應的合格證。(第二證)

5,產品試制功能性成功后的性能測試,并送與外部第三方的對這些產品可靠性參數的認證,認證證書。(第三證)

6,產品銷售人員對用戶場景的了解與正確選型,出現問題誠信的態度。

7,此認證產品在各種設計的應用場景下使用十八個月后的可追溯性,問題出現后的認知態度,可追溯事件三坐標分析,糾錯,

8,多輪次循環的持續改進提高。可靠性實踐有長時間的科學管理的積累才是有效的。

 

歸納

應用場景——可靠性參數目標設計與實現——從供應鏈管控的長期一致性保證ISO9000——試制試驗與生產的持續可追溯性——可靠性實現與第三方認證確認證書——對市場與用戶的誠信企業文化——依據用戶場景的正確選型——可追溯性的持續改進提高。

 

 

可靠性起點:場景——站在用戶的場景設計的可靠性才是真實的可靠

 

沒有一樣產品它可以覆蓋全部應用場景。

沒有一家編碼器廠家市場上什么編碼器都能做。

工業領域,技術創新產品如果沒有可靠性工程的保證,那都是折騰。

沒有應用場景沒有可靠性技術參數要求,講什么性價比,那是忽悠。

如果沒有誠信的企業文化,沒有一致性的保證,以忽悠欺騙市場起家的,他講的,你能信他多少?

 

 場景:

中國的應用場景與德國工廠的應用場景肯定是有不同的,如果德國產品在中國沒有用好,不能責怪中國的場景這個沒做好,那個你不會用,而應該是德國的產品設計師沒有依據中國市場特點設計。這是依據場景設計可靠性的理念。

 

德國工廠內的應用場景,與在中國戶外使用的應用場景,一定是不同的。

都是用德國同一家的產品的系統,與在中國用八國聯軍與國產混合使用的系統,抗干擾的應用場景一定是不同的。小型伺服電機運動控制的應用場景,與大型起重工程設備的應用場景,一定是不同的。

 

所以,行業內總有一個“長期在細分領域精耕細作”的說法,那就是針對一個細分領域,先要熟悉用戶的使用場景,站在客戶的場景與客戶利益上設計產品,而不是站在自家樣本上推產品。

就算是國際大品牌,他們也是各自有自己的優勢細分領域,

這就是從應用場景的了解到熟悉,設計的可靠性。

 

例如,我所熟悉的海德漢編碼器是在機床行業,精密測量行業,電梯伺服行業。

SICK是在港口機械,重型加工機械。

每一家編碼器廠家都有自己熟悉的細分領域應用場景。

那么,他們到中國來了以后呢,場景是否一樣呢?

我將德國海德漢的編碼器也用于水利自動化,將一個精密儀器類別的編碼器在中國水利自然戶外的環境下使用,就會發現在電源供電上的外殼發燙、不穩定,振動大,電氣啟動瞬間的電磁沖擊與雷擊感應等等現場場景的惡劣引起的損壞,我不能說這是海德漢編碼器質量可靠性降低了,而是我選用的場景不對路了。

 

在長江口青草沙水庫的編碼器使用場景:夏日的高溫、高濕,臺風、振動,雷擊、海風鹽分的長期戶外使用的場景。

 

 

一般有兩種可靠性設計策略:安全(敏感)報警性策略,與魯棒性(容錯及冗余設計)策略。

 

安全(敏感)報警策略

對各種場景的了解有限,為保證各種場景使用的可靠性,采取了故障風險評估預判到報警規避的策略。對于使用者來說,報警提示后依賴人去現場做二次判斷,或者干脆就停機。

對于一些通用型大品牌而言,他們很難對每一個細分場景一個個去熟悉,為保持通用性與可靠性的平衡,往往會采取這種安全報警性策略。

 

但是,過度的標榜“安全性”,過敏的頻繁的報警停機影響了自動化使用效率,對于有些操作者會難以忍受而故意忽視這種報警,甚至關閉這項報警停機功能。這種策略的產品設計者是自我保護免責的。你如果關注這些報警會影響自動化的效率,而你如果忽視這樣的報警,一旦出現可靠性故障甚至事故,責任是要使用者自己承擔。

 

這就是被某些進口的市場銷售常拿來慣用的推卸責任策略,你想找它產品的錯誤?沒門!“用不好一定是你家自己的場景沒有按他手冊”“EMC沒有做好”,或者是“你自己沒有看好說明書”。我們經常能聽到這些進口代理商的口頭禪,他家進口的所謂的“安全可靠性”怎么“好的”,原來是如此建立起來的。

 

這種“安全性”就像賣香煙,國外香煙的外殼子上都印有各種癌癥的圖片,他已經警告你吸煙會致癌的,然后繼續賣香煙給你,“吸煙致癌”就跟他沒有關系了免責了,至于香煙的安全性(會不會致癌)就提高了嗎? 

 

這是一種有可能被偏向于推卸責任的不完整的可靠性設計策略。

 

在有些場景下的可靠性,正是不允許停機的,哪怕是安全報警了,比如福島核電站當海嘯來的時候,后一道防水密閉門的關閉,結果失效了海水進入了,,比如波音飛機正飛呢,報警了,要緊急的怎么從自動狀態轉向手動狀態,要趕緊查飛行員手冊了,來不及了就栽下去了,但是事故發生后波音有人開始仍然在說是飛行員自己沒有看手冊,是沒有培訓好,,比如水庫在洪水來時的閘門打開流量調節,這時不管有沒有報警都必須上了,,。

 

 

魯棒性(容錯性及冗余)設計策略:

魯棒(Robust)就是可以粗暴地使用。

 

針對細分領域的應用場景有充分的了解,對于可能出現的各種惡劣環境的集合做提前預判,產品使用的參數范圍已經包括了出現惡劣環境的集合下,仍然可以被“粗暴地”使用,或者有第二頂替者(備胎,冗余)頂上去,先保證用戶的繼續使用。

 

同時,對于產品內部零件在使用過程中可能會出現的隨機性錯誤提前評估,具有自我容錯與糾錯功能,這是一種容錯性思維去設計產品。

例如我們會設計雙重確認原則的雙回路互檢。

在安全認證SIL的定義中,兩個較低等級的“安全編碼器”的組合,包括數據反饋的獨立通道,優于一個較高等級的“安全編碼器”。故障概率的計算,雙敗失效的概率低。

 

對于某些進口品牌,他們無法對于中國使用場景有充分的了解,人工成本太高了,魯棒性設計往往是采取”過質量設計”與過度拔高參數,這樣會使得產品成本售價很高。但是賣進口產品的人他們對用戶使用場景也許并不了解,會用可靠性唬人,讓用戶付出超場景代價。

 

在我們去德國萊茵TUV實驗室做產品可靠性認證的時候,我們看到了這家TUV實驗室的座右銘:

——Precisely Right,恰當地做正確的事。

這是真正的德國制造的理念,但是某些德國品牌跑到中國來就走樣了,因為隔著代理商仗著大品牌的傲氣,慢慢脫離了中國用戶的場景。

 

這就是一家企業要做可靠性,就先要有企業文化上的認知統一,企業經營管理的質量管理體系對誠信與一致性的保證。可靠性是站在當前用戶場景上為用戶利益設計的,而不是賣產品的站在自家產品手冊上推卸責任的,“都是用戶自己沒有用好”那就不是好產品了。只有是站在用戶場景上體驗并設計、生產的可靠性,才是真實的可靠的。

“都是用戶沒有用好”,“沒有看手冊”,“EMC自己沒有做好”,不會檢討產品是否是按中國用戶場景設計,這些都是某些西洋進口大品牌代理商的口頭禪,帶壞了整個自動化行業嚴謹的風氣,甚至當某個英文軟件的中文版本明明是還沒有做好,還不夠完善,就會有西洋馬屁精出來打掩護怪中國人工程師了,卻不惜傷害中國人用戶的尊嚴!有這種態度,這就不是一家好公司,這就不是一個好產品。

。。。。。。

 

美軍降落傘的故事:降落傘的初期,可靠性在達到某個概率的時候就遇到了瓶頸,再也難以提高了。哪怕是萬分之一的故障率,美軍在每次訓練演習時,都有士兵因為打不開降落傘而喪命,嚴重打擊了隊伍的士氣。美軍就要求降落傘的設計師和生產管理者自己去跳傘試驗后,再拿給士兵用。當產品設計師、生產管理者拿自己的生命去體驗用戶場景的時候,降落傘可靠性的問題“神奇”的解決了。這就是場景體驗并設計、生產對于可靠性的重要性。
 

 

 

質量管理體系——誠信、一致性、可追溯性的“持續改進提高”閉環

沒有規矩不成方圓,工業的標準化,就是做工業的規矩。

講工業化的話,做工業化的事。

 

產品設計、試制、實驗、從供應鏈采購到生產交付,都需要有一個可知、可控的一致性的保證,不然各種實驗與設計數據是捉摸不定的,這次做好下次又不好了,不知道問題會出現在哪里。所以,可靠性工程需要有一致性的保證,而且這個數據一致性又需要有誠信的保證。這就需要先要建立一個標準化的質量管理體系ISO9000

 

很多人誤以為ISO9000就是一個認證證書,甚至有人覺得就是花幾千塊錢買一個證書,這是天大的誤會!ISO9000的次認證其實很容易,就是建立一個框架,企業從上至下的做一次培訓,建立一套文件。

但是,ISO9000真正的意義,是企業誠信文化長期培養與工業化科學管理長期堅守,建立一個可記錄可追溯的坐標系,可以不斷的內審、外審,主動找出問題的PDCA的循環、持續改進提高。(在我公司員工中,超過1/3員工具有經過培訓考核的內審員證書。)

 

——包括從供應鏈起的ERP、供應商進入審核、供應商每年考核的管理體系。

——包括一個對產品所有功能性能參數的雙重確認實驗確認,生產流程的記錄可知可追溯。

——包括產品交付后18個月內的跟蹤、反饋閉環、與失效追溯歸零,其中需要有每一個出廠產品獨立的一品一個代碼的管理。

 

而重要的,是對人的培訓,是從企業領導的誠信、嚴謹開始,到每一個員工的對質量可靠性的重視程度。守住誠信與嚴謹。

這都需要一年年的積累,逐漸形成的一種企業文化,并深入到每一個員工的血液里去的企業氣質。

 

企業文化,從員工意識做起的誠信、嚴謹、以客戶場景客戶利益為思考

質量管理體系ISO9000,持續的年份(五年以上)

供應商審核管理體系,供應鏈風險評估。

產品每一個功能性能參數對用戶負責,雙重確認的始終保證

每一個流程的記錄數據,并可追溯性管理

產品一品一個代碼,出廠18個月的跟蹤、客戶反饋閉環。

依據一品一個代及生產流程記錄的失效追溯體系,MECE分析。

關鍵的18個月

產品出廠后關鍵的18個月,故障率浴盆曲線

關于“18個月”我已經在多篇文章中提到過了,這次我們看一下故障率浴盆曲線

1,早期失效期:失效率高,隨著時間增加逐漸的降低。原因分析,主要的就是設計缺陷與體系缺陷。

這一時期的故障失效,除了安裝調試時的人為錯誤,大部分是在設計沒有依據用戶場景設計的,就已經埋下了地雷,然后就是質量管理體系的問題——供應商原材料零部件的管理缺陷、生產工藝的管理缺陷。

這是啟動失效追溯的重點時期,每一個錯誤都要用MECE法則分析,每一個錯誤也都是有價值的。

 

2,偶然失效期:這是產品的穩定工作期,失效的原因是外部和內部一些隨機偶然的因素引起的,但是需要做數據統計及正態分布圖,如果偶然失效的原因比較集中,仍然需要啟動失效追溯。

出廠后18個月應該已經在這個故障率穩定時期內了。

 

3,耗損失效期:隨著工作時間的增長,到某個時期又開始故障率增長,這類損耗由于材料老化

疲勞、磨損、現場場景過于惡劣而引起的。預測性維護是針對這一個時期的重點,對于可靠性重要的場合,也許會在這一個時期出現前就做更換。對于這樣一個時期從什么時候開始,需要產品設計廠家與用戶共同評估。

 

因此,失效追溯關鍵的是抓住產品出廠后的18個月,尤其是針對新產品。

 做質量可靠性管理者,對別人的 可靠性失敗案例也非常敏感,常常也會拿過來仔細分析,他山之石,可以攻玉。

做好產品質量需要有定力,是企業文化

 

現在市場競爭越來越激烈,創新的、低價的、打著“進口品牌就是好的”嚇唬人的(也許是波蘭印度制造的)、布局的資源壟斷的、和堅持做好質量的,大浪淘沙究竟哪個更能生存下來?

機會成本考量,在采購量大的時候,一次兩次的不靠譜在總采購量中的比例不高,機會成本損失不大。

在采購量減少的時候,即使一次兩次的不靠譜就會顯得在比例中很高了,損失比例大了,心理狀態壓力大了,就會選擇質量好的供應商靠譜的采購。

終,是堅持把質量能做好的活下來。這就是市場經濟的普遍規律。

 

“除非這個產品已經全部被淘汰了,只要這個產品還在市場上有人要買,就要繼續把它做好”。止于至善,這就是一家企業做好質量可靠性的定力。

創新,是要做家;做質量,是要守住做后一家。這是企業文化。

 

關于質量體系,我們可以用兩個“證書”向用戶展示:

 

1,由第三方認證的ISO9000證書,而且可以知道起始年及持續時間(五年以上,因為需要長期習慣培養及持續改進提高的幾個輪次循環)

2,每一個產品的一品一個代合格證。每一個產品的編號碼都是獨一的,由兩部分組成,一部分是序列,另一部分是隨機防偽碼,合格證與編碼器上的激光打標碼一致,并數據記錄保存,表明可以發現問題后的可追溯、分析、改進、提高。

 

有了質量可靠性一致性的保證,我們才可以進行下一步的可靠性參數的實現與認證。

 

世界上怕“認真”兩個字,方法對頭,認真去做,我們中國制造是一定可以做好產品的!

 

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