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)律趨勢進(jìn)行檢測、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)我國科技發(fā)展、國防建設(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月專門設(shè)立了國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)（以下簡稱專項(xiàng)）資金，旨在進(jìn)一步地推動(dòng)我國科學(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)的開發(fā)和應(yīng)用能力，使科學(xué)儀器在支撐科技創(chuàng)新和國防建設(shè)，服務(wù)經(jīng)濟(jì)和推動(dòng)社會發(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]，且與國外同類產(chǎn)品相比差異明顯。有鑒于此，主管部門在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，通過分析國內(nèi)外儀器行業(yè)可靠性工作開展現(xiàn)狀和所處的水平，指出了我國儀器行業(yè)與國外儀器行業(yè)可靠性工作的差距，并通過問卷調(diào)查方式了解我國儀器行業(yè)可靠性工作開展?fàn)顩r，為相關(guān)儀器行業(yè)可靠性工作的開展提供了參考。

1 國內(nèi)外儀器行業(yè)可靠性現(xiàn)狀分析

1.1 國內(nèi)儀器行業(yè)可靠性工作現(xiàn)狀

隨著我國改革開放30多年的發(fā)展，國產(chǎn)儀器行業(yè)不僅技術(shù)水平得到了長足的進(jìn)步，其規(guī)模也在逐年增大[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國擁有6 000多家各類分析儀器企業(yè)，已經(jīng)形成了門類品種比較齊全、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，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和開放的程度越來越高，國產(chǎn)儀器企業(yè)要面對的不僅僅是國內(nèi)同行的競爭，還要面對國外儀器企業(yè)的競爭。在國內(nèi)儀器市場，特別是中高端、大型儀器設(shè)備市場，國產(chǎn)儀器設(shè)備與國外同類產(chǎn)品不具有任何的競爭能力，幾乎全部需要依賴進(jìn)口。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年上萬億元儀器設(shè)備固定資產(chǎn)投資中60%的科研儀器依賴于進(jìn)口。另據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國每年進(jìn)口各類分析儀器的總額接近我國分析儀器產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的50%以上。當(dāng)前，中國儀器設(shè)備市場已經(jīng)成為跨國儀器公司競相爭奪的陣地，而國產(chǎn)儀器企業(yè)不具備任何的競爭優(yōu)勢，有些用戶甚至寧可高價(jià)購買國外的產(chǎn)品，也不選擇具有相同功能且價(jià)格低廉的國產(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)性或測量指標(biāo)，而是儀器可靠性與國外儀器相比差距巨大，這是由于我國儀器行業(yè)可靠性工作起步晚、開展不充分且重視程度不夠?qū)е碌?。國外儀器設(shè)備的價(jià)格雖然比國產(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)試成本比國產(chǎn)儀器低，用戶使用放心，所以受到了不少國內(nèi)客戶特別是大客戶的青睞。相比之下，國產(chǎn)儀器設(shè)備雖然具有價(jià)格優(yōu)勢，但是其可靠性不夠高，后期維護(hù)調(diào)試成本比國外儀器高，造成了國產(chǎn)儀器 “產(chǎn)品叫好不叫座”的情況出現(xiàn)[5]?？煽啃詥栴}已經(jīng)成為制約我國儀器行業(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)障礙使國產(chǎn)儀器能夠打開國際市場，在市場競爭中取勝，成為國產(chǎn)儀器業(yè)界的一個(gè)難題。

在國內(nèi)，儀器行業(yè)開展可靠性研究和應(yīng)用工作早有先例。1981年，原國家儀器儀表工業(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，對儀器儀表的11個(gè)專業(yè)中的200多種產(chǎn)品納入部級考核范疇，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，為開展可靠性研究、試驗(yàn)與考核評定創(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)致對產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的意識淡薄。加之計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代推行的可靠性做法已經(jīng)過時(shí)，國外新的可靠性理念、方法和工具發(fā)展迅速，導(dǎo)致本來與國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，企業(yè)投入回報(bào)率不高，使得儀器企業(yè)對投入資本進(jìn)行可靠性工作不積極，導(dǎo)致到目前為止國內(nèi)儀器行業(yè)還沒形成可靠性技術(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)我國分析儀器產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的迫切需求。

1.2 國外儀器行業(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)國家的生產(chǎn)中，可靠性技術(shù)已貫穿于產(chǎn)品的開發(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)的國家如美國、日本、德國等，儀器研發(fā)企業(yè)大多數(shù)秉承精益求精的產(chǎn)品開發(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)品的重要賣點(diǎn)和附加值增長點(diǎn)，國外儀器行業(yè)在進(jìn)行可靠性工作時(shí)與我國相比，具有以下的優(yōu)勢：

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、原材料采購階段、產(chǎn)品生產(chǎn)階段和試驗(yàn)考核階段開展各項(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)測技術(shù)的研究與應(yīng)用，重視產(chǎn)品失效分析、現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)的收集和反饋，對產(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)開發(fā)提供了豐富的參考資源；

6）建立專門的部門對產(chǎn)品的可靠性水平進(jìn)行把關(guān)，而且可靠性部門工作一般都是由具備了豐富的產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和可靠性知識的人員從事，能夠更加有效地通過產(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)，致使國外儀器設(shè)備比國產(chǎn)儀器設(shè)備的市場占有率高，我國儀器行業(yè)在市場競爭中處于劣勢。

2 國內(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)儀器開發(fā)專項(xiàng)提出的可靠性指標(biāo)并對其進(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)備開發(fā)可靠性工作指南》（以下簡稱 ‘指南’）。根據(jù)科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)小批量、多品種等特點(diǎn)，并結(jié)合開發(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)評價(jià)3個(gè)方面，選擇了14個(gè)工作項(xiàng)目用于開展可靠性工作，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)目對國內(nèi)118個(gè)儀器企業(yè)可靠性工作現(xiàn)狀進(jìn)行問卷調(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)國內(nèi)儀器企業(yè)的開展情況，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%；開展可靠性工作計(jì)劃制定與檢查的企業(yè)最多，有31.36%；開展故障報(bào)告、分析和糾正措施系統(tǒng)建立與運(yùn)行的企業(yè)有13%；開展對承擔(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%；開展轉(zhuǎn)階段可靠性檢查與評審的單位最少，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)單位中的開展情況，其中，開展必選工作項(xiàng)目可靠性指標(biāo)分配的單位只有14%；有13%的單位開展建模預(yù)計(jì)工作，開展可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則制定與檢查工作的單位最少，只有9%；相對來說，開展元器件、零部件和原材料選擇與控制的單位比例最多，達(dá)到了27%；開展仿真分析工作的單位也只有14%。

c）可靠性試驗(yàn)評價(jià)

圖4給出了118個(gè)單位開展4項(xiàng)可靠性試驗(yàn)評價(jià)工作的情況，可以看出，開展可靠性試驗(yàn)的單位比例較低，除了環(huán)境適應(yīng)性驗(yàn)證試驗(yàn)開展比例最高外（26%）；其他3項(xiàng)試驗(yàn)的開展比例均未超過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，目前我國儀器行業(yè)主要存在著以下問題：

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，其對有效地開展可靠性工作具有十分重要的意義。但是就目前來說，業(yè)內(nèi)基本還沒有形成一個(gè)系統(tǒng)的可靠性管理體系來對可靠性工作進(jìn)行統(tǒng)籌、規(guī)劃、執(zhí)行和評審，這樣會導(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)分析工作沒有得到重視

產(chǎn)品的可靠性首先是設(shè)計(jì)出來的，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，勢必就會影響國產(chǎn)儀器設(shè)備可靠性的提升空間。

圖1 開發(fā)專項(xiàng)可靠性工作項(xiàng)目

圖2 可靠性工程管理工作開展情況

圖3 可靠性設(shè)計(jì)分析工作開展情況

圖4 可靠性試驗(yàn)評價(jià)工作開展情況

c）可靠性試驗(yàn)評價(jià)工作的開展率較低

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展的，通過分析試驗(yàn)過程中的故障并對產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，從而使產(chǎn)品可靠性逐步地得到增長，最終達(dá)到預(yù)定的可靠性水平，可以說，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)評價(jià)工作基本上沒有在我國儀器行業(yè)得到充分的開展，特別是可靠性指標(biāo)驗(yàn)證試驗(yàn)的開展比例如此之低，說明國產(chǎn)儀器行業(yè)對產(chǎn)品提出的可靠性指標(biāo)基本沒有進(jìn)行實(shí)際的試驗(yàn)考核，可靠性指標(biāo)對產(chǎn)品自身可靠性起不到一個(gè)約束的考核作用，可以說基本上是一個(gè)擺設(shè)。

我國儀器行業(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有在行業(yè)內(nèi)得到普及，這種情況如果長期得不到解決，勢必會制約我國儀器設(shè)備可靠性水平的提升空間，繼續(xù)拉大與國外儀器設(shè)備之間的可靠性差距，從而影響其市場競爭力。

3 結(jié)束語

從上述的分析與調(diào)查結(jié)果可以看出，國產(chǎn)儀器設(shè)備可靠性水平與國外相比，差距明顯，行業(yè)內(nèi)可靠性工作開展水平和普及率都比較低，國產(chǎn)儀器行業(yè)可靠性工作存在著諸多亟待解決的問題，建立國產(chǎn)儀器行業(yè)可靠性工作體系并提高國產(chǎn)儀器設(shè)備的可靠性水平已經(jīng)刻不容緩。但是，由于國產(chǎn)儀器行業(yè)的可靠性技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱，在開展可靠性工作的時(shí)候會遇到許多困難，相關(guān)政府管理部門應(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)該注意對可靠性人才進(jìn)行儲備，加大對產(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，提高其市場競爭力，從而使國產(chǎn)儀器設(shè)備能夠在國內(nèi)市場占有更多的市場份額并最終參與分享世界儀器行業(yè)的市場，實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo)。

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