基于FRACAS的工程機(jī)械產(chǎn)品問題管理平臺(tái)建設(shè)＊

霍建軍，上官琪，劉波，梁麟

（廣西柳工機(jī)械股份有限公司全球研發(fā)中心，廣西柳州 545007）

0 引言

工程機(jī)械產(chǎn)品屬于大型、復(fù)雜的機(jī)電液一體化系統(tǒng)，隨著行業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)品迭代升級(jí)，對(duì)工程機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)和性能需求日益提高，眾多新技術(shù)、新材料、新工藝應(yīng)用其中，但與此同時(shí)影響產(chǎn)品性能的因素也隨之增多。此外，由于研制周期短、任務(wù)重，工程機(jī)械產(chǎn)品在試驗(yàn)期間的故障暴露不充分，導(dǎo)致部分系統(tǒng)性故障沒有根除，提高了產(chǎn)品發(fā)生故障的概率。因此，在研制和生產(chǎn)過程中保證產(chǎn)品的可靠性已成為工程機(jī)械制造企業(yè)的重要工作內(nèi)容。

故障報(bào)告、分析和糾正措施系統(tǒng)（FRACAS）是國(guó)內(nèi)外普遍使用的可靠性管理技術(shù)，該技術(shù)主要指在產(chǎn)品研制過程中，基于“信息反饋”和“閉環(huán)控制”的原理，按照規(guī)范化的流程，報(bào)告產(chǎn)品的故障，分析故障發(fā)生的原因，制定和實(shí)施有效的糾正措施，同時(shí)把故障原因和糾正措施信息反饋到設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，以達(dá)到防止故障再現(xiàn)的目的，提升產(chǎn)品可靠性。當(dāng)前，F(xiàn)RACAS 已被廣泛應(yīng)用于航空、航天、醫(yī)療、電子、通信等領(lǐng)域中［1-4］，成為故障信息管理和控制的一項(xiàng)通用技術(shù)，是促進(jìn)產(chǎn)品可靠性增長(zhǎng)、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段。

工程機(jī)械產(chǎn)品可靠性的提升需以優(yōu)秀的可靠性設(shè)計(jì)作為保障，在可靠性設(shè)計(jì)過程中，基于FRACAS閉環(huán)管理流程能分析工程機(jī)械產(chǎn)品研制階段的故障數(shù)據(jù)，建立故障信息數(shù)據(jù)庫(kù)，梳理產(chǎn)品故障典型案例，并且可為其他產(chǎn)品項(xiàng)目的研制提供技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)支持；該流程實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品問題歸零化，為制造高可靠性水平的工程機(jī)械產(chǎn)品提供基礎(chǔ)保障。本文結(jié)合企業(yè)實(shí)際情況，提出使用FRACAS 技術(shù)構(gòu)建工程機(jī)械產(chǎn)品故障信息管理系統(tǒng)。

1 FRACAS閉環(huán)管理

FRACAS 系統(tǒng)的有效性體現(xiàn)在基于使用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的流程下，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在研制過程中暴露的故障，并從技術(shù)、管理方面分析故障原因，提出并驗(yàn)證糾正措施，防止故障再現(xiàn)（如圖1所示），能有效提高產(chǎn)品可靠性。

圖1 FRACAS流程圖

2 LG_FRACAS的建立及要求

基于FRACAS 故障閉環(huán)管理要求，并依據(jù)廣西柳工機(jī)械股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱公司）產(chǎn)品的開發(fā)流程，建立適用于工程機(jī)械產(chǎn)品及符合公司產(chǎn)品研發(fā)特點(diǎn)的柳工產(chǎn)品問題管理系統(tǒng)（LG_FRACAS），重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)以下6 個(gè)目標(biāo)：①實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從樣機(jī)制造、樣機(jī)評(píng)審、性能測(cè)試、可靠性試驗(yàn)到批量銷售跟蹤等階段的問題閉環(huán)管理，使問題管理更加清晰、便捷。②征集客戶需求，構(gòu)建產(chǎn)品問題管理IT平臺(tái)，規(guī)范研制過程中的問題跟蹤活動(dòng)，提高問題跟蹤的自動(dòng)化水平。③建立跨部門（設(shè)計(jì)、工藝、制造、采購(gòu)、試驗(yàn)、質(zhì)量、服務(wù)等）跟蹤機(jī)制，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品相關(guān)部門信息互通，提升研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期。④實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制問題數(shù)據(jù)存儲(chǔ)集成化，以及問題分析、處理等信息的收集整理，為后期產(chǎn)品開發(fā)及管理奠定基礎(chǔ)。⑤集成產(chǎn)品線功能樹圖，納入系統(tǒng)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品系統(tǒng)模塊故障區(qū)域記錄，以及功能樹圖的平臺(tái)化管理。⑥實(shí)現(xiàn)從公司級(jí)、產(chǎn)品線級(jí)（子公司）、項(xiàng)目級(jí)的3 級(jí)報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能，方便各級(jí)人員開展統(tǒng)計(jì)分析工作。

目標(biāo)制定后，首先要建立系統(tǒng)管理和運(yùn)行的工作流程體系及管理規(guī)范［5］，明確處理故障過程中各類角色的職能分工及注意事項(xiàng)，按照科學(xué)的流程形成閉環(huán)。其次要做好各項(xiàng)系統(tǒng)模塊及系統(tǒng)流程的設(shè)計(jì)，便于用戶分類錄入及傳遞信息，提高系統(tǒng)平臺(tái)的操作性。最后要建立配套的信息數(shù)據(jù)庫(kù)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的作用。良好的系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)可保證數(shù)據(jù)的安全性、完整性和可利用性，同時(shí)為后期開展產(chǎn)品可靠性分析提供數(shù)據(jù)保障。

2.1 明確工作流程體系

在LG_FRACAS 系統(tǒng)開發(fā)之前，需結(jié)合企業(yè)自身的實(shí)際情況，根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)模式及需求確定系統(tǒng)平臺(tái)的工作流程體系。所有產(chǎn)品研制階段的故障信息應(yīng)統(tǒng)一由可靠性部門進(jìn)行歸口管理，該部門主要負(fù)責(zé)規(guī)劃并建立故障信息閉環(huán)管理系統(tǒng)及其后續(xù)日常管理事務(wù)，數(shù)字信息管理部門負(fù)責(zé)該系統(tǒng)的技術(shù)支持及維護(hù)。在該體系下，按照企業(yè)具體業(yè)務(wù)的工作流程設(shè)定人員角色，每個(gè)角色均與產(chǎn)品故障處理過程息息相關(guān)，主要包括故障報(bào)告人員、故障分派人員、故障數(shù)據(jù)分析人員、方案制訂（糾正措施）人員、方案審核人員、方案實(shí)施及驗(yàn)證人員等?？深A(yù)先賦予這些角色相應(yīng)的數(shù)據(jù)權(quán)限，將其權(quán)限設(shè)定在系統(tǒng)流程節(jié)點(diǎn)下，便于信息流轉(zhuǎn)與互通。此外，故障信息數(shù)據(jù)是LG_FRACAS 系統(tǒng)管理的主要內(nèi)容，從流程創(chuàng)建到閉環(huán)管理，主要包含產(chǎn)品收集或跟蹤到的所有問題記錄（產(chǎn)品研制各階段的設(shè)計(jì)、裝配、評(píng)審、試驗(yàn)、用戶的抱怨/意見等問題信息）、分析原因、制訂改進(jìn)方案、預(yù)防措施及基于數(shù)據(jù)輔助而整理形成的知識(shí)庫(kù)案例報(bào)告、圖形和報(bào)表等［6］。

2.2 制定工作規(guī)范

LG_FRACAS 系統(tǒng)對(duì)公司傳統(tǒng)的線下碎片式管理模式進(jìn)行了革新，將產(chǎn)品的系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品線分類與部署、研制階段的產(chǎn)品問題、問題解決審簽流程、產(chǎn)品的運(yùn)行記錄、資源庫(kù)、報(bào)表等各類信息融入統(tǒng)一的管理系統(tǒng)中。由于LG_FRACAS 系統(tǒng)涉及的范圍廣、業(yè)務(wù)流程長(zhǎng)，為保證整個(gè)系統(tǒng)成員能統(tǒng)一協(xié)作，高效地完成任務(wù)，必須制定科學(xué)的工作規(guī)范，具體內(nèi)容如下：①確定LG_FRACAS 系統(tǒng)的主要目的，包括故障信息的篩選、流轉(zhuǎn)、利用、實(shí)施等。②需對(duì)用戶使用界面予以充分考慮，即產(chǎn)品故障信息從報(bào)告錄入到分析處理再到歸檔關(guān)閉的各項(xiàng)內(nèi)容和格式，包含故障信息錄入界面、分派界面、原因分析界面、糾正措施（方案制訂）界面、方案審核界面、方案實(shí)施匯報(bào)界面等。③在產(chǎn)品研制的不同階段，需分別進(jìn)行模塊分類，根據(jù)模塊劃分產(chǎn)品故障報(bào)告，按產(chǎn)品研制時(shí)間維度進(jìn)行可靠性管理。④對(duì)于重復(fù)發(fā)生或故障等級(jí)較高的故障數(shù)據(jù)，需進(jìn)行問題關(guān)聯(lián)跟蹤及上報(bào)負(fù)責(zé)人審批，加強(qiáng)對(duì)事件處理過程的監(jiān)控。⑤根據(jù)各子公司的需要，設(shè)計(jì)可輸出多種維度的數(shù)據(jù)內(nèi)容，方便用戶對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析。⑥根據(jù)不同產(chǎn)品類別提前整理，錄入各產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)樹圖和編碼，便于用戶在系統(tǒng)中確定故障信息所屬位置。⑦在報(bào)告界面設(shè)置時(shí)間統(tǒng)計(jì)控件，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間未操作的單據(jù)，可以統(tǒng)計(jì)其滯留時(shí)間及狀態(tài)信息，還可以對(duì)流程中各節(jié)點(diǎn)設(shè)置郵件頻次提醒，便于定期發(fā)送郵件通知。⑧應(yīng)提前考慮是否與公司其他信息系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)互聯(lián)關(guān)系或需求等。

2.3 平臺(tái)模塊設(shè)計(jì)

平臺(tái)的模塊化設(shè)計(jì)是把整個(gè)LG_FRACAS 系統(tǒng)劃分為多個(gè)功能模塊，各個(gè)模塊間采用標(biāo)準(zhǔn)的功能接口，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易、快速且低成本。系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)具有可擴(kuò)展性、可更改性、可重用性的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)模塊化功能的實(shí)現(xiàn)是由各個(gè)封裝好的子功能模塊實(shí)現(xiàn)的，并且具有開放的接口，當(dāng)其他系統(tǒng)有同樣的業(yè)務(wù)需求時(shí)可以直接調(diào)用，為后期系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和維護(hù)提供便利。

軟件平臺(tái)各功能模塊分工明確，共同支撐并實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和信息的收集，設(shè)計(jì)為以下5個(gè)功能模塊（如圖2所示）：①用戶管理模塊。維護(hù)用戶信息，統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)基本用戶數(shù)據(jù)。②產(chǎn)品問題閉環(huán)管理。系統(tǒng)主體功能，記錄所有用戶錄入的產(chǎn)品問題，實(shí)現(xiàn)問題方案制訂、方案審批、方案實(shí)施、方案驗(yàn)證等產(chǎn)品全生命周期的跟蹤功能。③功能樹圖管理維護(hù)。作為產(chǎn)品問題管理模塊輔助信息錄入，讓用戶能快速地定位產(chǎn)品問題（或故障）所屬模塊，針對(duì)性地制訂方案，提高解決問題的效率。④產(chǎn)品線機(jī)型維護(hù)。作為輔助信息錄入，使用戶能快速定位產(chǎn)品問題（或故障）所屬機(jī)型，提高解決問題的效率。⑤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊。將產(chǎn)品問題數(shù)據(jù)采用報(bào)表形式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可通過多個(gè)維度（產(chǎn)品線、機(jī)型、模塊）直觀地評(píng)估各個(gè)產(chǎn)品線產(chǎn)品問題并進(jìn)行業(yè)務(wù)改進(jìn)，最終達(dá)到目標(biāo)。

圖2 LG_FRACAS平臺(tái)模塊設(shè)計(jì)

2.4 程序流程設(shè)計(jì)

程序流程設(shè)計(jì)是實(shí)施LG_FRACAS 系統(tǒng)故障閉環(huán)管理的核心，為保證跨部門、跨崗位的員工之間能協(xié)同合作，將企業(yè)內(nèi)部現(xiàn)有的資源進(jìn)行有效整合，使公司內(nèi)的業(yè)務(wù)流程起到監(jiān)控目標(biāo)、高效執(zhí)行任務(wù)的作用，確保任務(wù)能順利完成。

LG_FRACAS 系統(tǒng)的操作流程充分考慮各行業(yè)FRACAS 系統(tǒng)在工程應(yīng)用中應(yīng)注意的問題［7］，制定了如下監(jiān)控環(huán)節(jié)：故障報(bào)告—故障分派—故障確認(rèn)—原因分析及糾正措施制定—方案符合性審核—糾正措施實(shí)施—效果驗(yàn)證—預(yù)防措施—問題關(guān)閉歸檔（如圖3所示）?；谝陨狭鞒蹋构井a(chǎn)品研制階段實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量信息完整、有效、可追溯。

圖3 LG_FRACAS閉環(huán)管理流程

在執(zhí)行LG_FRACAS 流程的時(shí)候，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品不同研制階段發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行填報(bào)，然后由項(xiàng)目主管將該問題按照責(zé)任劃分進(jìn)行分派。對(duì)于工程機(jī)械產(chǎn)品研制問題解決過程而言，最重要的是故障報(bào)告及分派、故障原因分析及糾正措施制定、糾正措施的實(shí)施及驗(yàn)證。

2.4.1 故障報(bào)告及分派

工程機(jī)械產(chǎn)品在研制過程中發(fā)生的所有問題（以下簡(jiǎn)稱故障）都應(yīng)進(jìn)行記錄，故障發(fā)現(xiàn)者應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確地將問題進(jìn)行匯總整理，所整理的內(nèi)容應(yīng)能完整、真實(shí)地反映故障情況，便于后續(xù)分析原因。此外，還應(yīng)注意記錄故障的名稱、機(jī)型、樣機(jī)號(hào)、工作小時(shí)、環(huán)境工況、上報(bào)時(shí)間、故障模式（如開裂、卡死、振動(dòng)、松脫等），以及初步判斷故障發(fā)生等級(jí)等重點(diǎn)信息。

由于產(chǎn)品研制進(jìn)度存在差異，導(dǎo)致不同時(shí)期的產(chǎn)品故障解決流程也會(huì)有差別，故問題錄入時(shí)需先明確對(duì)應(yīng)研制階段的流程模塊，然后按照規(guī)定的故障報(bào)告格式進(jìn)行填寫（如圖4所示）。此時(shí)，錄入者應(yīng)注意對(duì)故障信息進(jìn)行詳細(xì)描述，并進(jìn)行初步分析和歸類，產(chǎn)品主管將故障報(bào)告進(jìn)行分派，分派過程是對(duì)產(chǎn)品故障的進(jìn)一步確認(rèn)和分析，需再次確認(rèn)故障發(fā)生等級(jí)，被分派部門可涉及設(shè)計(jì)、工藝、質(zhì)量、采購(gòu)、制造等部門。

故障確認(rèn)過程中如果發(fā)現(xiàn)重復(fù)故障（相同機(jī)型重復(fù)發(fā)生），需在系統(tǒng)中選擇并綁定該故障首次發(fā)生的單據(jù)，由系統(tǒng)自動(dòng)完成故障等級(jí)升級(jí)，以便對(duì)該故障進(jìn)行監(jiān)控處理。

2.4.2 故障原因分析及糾正措施制定

（1）產(chǎn)品故障責(zé)任部門在收到故障報(bào)告后，需進(jìn)一步按照?qǐng)?bào)告內(nèi)容進(jìn)行核實(shí)確認(rèn)，通常采用測(cè)試、試驗(yàn)等手段復(fù)現(xiàn)故障或依靠故障證據(jù)的方法證實(shí)故障現(xiàn)象的真實(shí)性，給出臨時(shí)處置措施，再進(jìn)行詳細(xì)的故障原因分析。系統(tǒng)將故障分析分為可能原因分析及根本原因分析（如圖5所示），幫助梳理“故障鏈”，提高工程師解決問題的能力。

圖5 故障原因分析及糾正措施制定界面

（2）故障分析小組（改進(jìn)負(fù)責(zé)人）根據(jù)根本原因制定糾正措施，并按照規(guī)定逐一填寫故障糾正的措施報(bào)告，隨后提交給相關(guān)審核人，以評(píng)估故障糾正措施的可行性和有效性。

2.4.3 糾正措施的實(shí)施及驗(yàn)證

（1）故障糾正措施通過審核后，改進(jìn)負(fù)責(zé)人應(yīng)將糾正措施用于原樣機(jī)故障系統(tǒng)或設(shè)備，進(jìn)行試驗(yàn)或重新測(cè)試，若實(shí)施部門確認(rèn)方案有效，則需提出防止故障再次發(fā)生的主動(dòng)預(yù)防措施，完成相應(yīng)的故障單據(jù)閉環(huán)。

（2）管理部門需將已驗(yàn)證的案例報(bào)告進(jìn)行審核、確認(rèn)，同時(shí)判斷此報(bào)告的合規(guī)性及合理性，并決定是否將故障報(bào)告及糾正措施納入典型案例知識(shí)庫(kù)中，完成入庫(kù)歸檔。

（3）若糾正措施無(wú)效，需由驗(yàn)證人員駁回至原因分析及方案制訂環(huán)節(jié)，并在備注信息中詳細(xì)填寫測(cè)試/試驗(yàn)結(jié)果，改進(jìn)負(fù)責(zé)人重新進(jìn)行原因分析或制定其他的糾正措施，直到徹底解決故障。

（4）對(duì)懸而未決的產(chǎn)品故障問題由可靠性部門和質(zhì)量管理部門共同組織人員及時(shí)審查，明確問題未解決的原因，必要時(shí)可由部門負(fù)責(zé)人審核，保證及時(shí)完成故障報(bào)告工作。

2.5 LG_FRACAS數(shù)據(jù)庫(kù)

LG_FRACAS 數(shù)據(jù)庫(kù)可積累有效故障數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)通過審核后可自動(dòng)歸入配套的可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為后續(xù)產(chǎn)品可靠性水平評(píng)估、可靠性增長(zhǎng)分析及技術(shù)改進(jìn)等活動(dòng)的重要信息來(lái)源，該數(shù)據(jù)庫(kù)還可與其他可靠性設(shè)計(jì)和分析模塊建立數(shù)據(jù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)多維度共享利用。LG_FRACAS 數(shù)據(jù)庫(kù)與其他功能模塊的關(guān)聯(lián)關(guān)系如圖6所示。

圖6 FRACAS數(shù)據(jù)庫(kù)與可靠性關(guān)聯(lián)關(guān)系圖

不僅如此，LG_FRACAS 數(shù)據(jù)庫(kù)還可作為企業(yè)研制階段產(chǎn)品故障管理看板，將產(chǎn)品研制過程中的故障信息以多維度圖表的形式展顯。圖7是各產(chǎn)品線在某一時(shí)間段內(nèi)試制管理模塊問題單據(jù)監(jiān)控報(bào)表，主要包括關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)量及處理效率值，方便后續(xù)對(duì)各產(chǎn)品線研制問題處理情況進(jìn)行評(píng)估。圖8是某項(xiàng)目產(chǎn)品在研制階段的故障系統(tǒng)模塊排名情況。

圖7 試制管理模塊問題單據(jù)監(jiān)控表

圖8 某項(xiàng)目產(chǎn)品研制階段的故障系統(tǒng)模塊排名

LG_FRACAS 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)還能與公司的可靠性一體化平臺(tái)、設(shè)計(jì)變更平臺(tái)（Windchill）及公司外反饋信息平臺(tái)（DMS）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，為其他產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造活動(dòng)等提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)論

建立并運(yùn)行LG_FRACAS 系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)工程機(jī)械產(chǎn)品故障信息規(guī)范化管理的有效手段，既可以保證產(chǎn)品在研制階段產(chǎn)生的故障信息能被及時(shí)、準(zhǔn)確、完整地收集和分析處理，使分散的產(chǎn)品故障得到及時(shí)解決，又能對(duì)新產(chǎn)品的分析、改進(jìn)與設(shè)計(jì)提供高價(jià)值的參考信息，幫助設(shè)計(jì)人員預(yù)先決策，防止其他產(chǎn)品出現(xiàn)類似問題。LG_FRACAS 系統(tǒng)可控制和減少工程機(jī)械產(chǎn)品故障發(fā)生的概率，推動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量不斷改進(jìn)和提高，對(duì)工程機(jī)械產(chǎn)品研制全過程的可靠性增長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量提高具有積極的推動(dòng)作用。