Реальный производитель не всегда стремится создавать максимально безотказный продукт. Ему гораздо выгоднее оптимизировать надежность изделия в соответствии с рыночной стратегией. Для этого потребуются многочисленные расчеты и анализ множества возможных альтернатив и вариантов реализации не только самого изделия, но и всей инфраструктуры его поддержки, в том числе технического обслуживания, что в современных условиях невозможно без автоматизированной информационной поддержки.

Что такое надежность?

ГОСТ Р 27.002-2009 «Надежность в технике» определяет это понятие как «свойство готовности и влияющие на него свойства безотказности и ремонтопригодности и поддержка технического обслуживания». Другими словами, под надежностью понимается характеристика работоспособности изделия, связанная с определенным моментом времени или периодом. Также надежность характеризует, какое время потребуется на восстановление работоспособности изделия в случае его выхода из строя. Надежность — важное интегральное свойство, определяемое набором взаимосвязанных разносторонних параметров.

Для потребителя надежность сложного технического изделия входит в пятерку ключевых характеристик, по которым он оценивает изделие, наряду с функциональностью, стоимостью, дизайном и брендом. Нередко надежность выступает как основной критерий совокупного качества продукта, поэтому организация, обладающая хорошими возможностями управления надежностью, обеспечивает себе значительное конкурентное преимущество как на стадии разработки и поддержки эксплуатации изделия, так и в ходе переговоров о потенциальных контрактах на разработку новых систем.

Свойство надежности, как и обратное ему свойство ненадежности, в той или иной степени присуще каждому техническому изделию. Выпуская любое сложное изделие, производитель обязательно должен решить следующие задачи в области надежности:

• оценка и моделирование при проектировании;

• расчет, анализ и оптимизация в течение разработки;

• улучшение в ходе эксплуатации.

В ходе разработки изделия анализ и оптимизация показателей его надежности позволяют найти компромисс между требованиями к надежности и затратами, необходимыми на их обеспечение.

Еще одной крайне важной задачей является изучение надежности поставщиков — производителей покупных составных частей, которыми комплектуется выпускаемое изделие. Результатом этих действий в целом является уточнение стратегии продукта и плана его жизненного цикла.

Особенно важно понимать, что надежность, как и другие ключевые характеристики, формируется на этапе разработки изделия. В условиях современной конкурентной среды их практически невозможно значительно изменить в ходе производства и тем более при эксплуатации. Выбирая и проектируя уровень надежности, мы определяем максимальный уровень качества изделия и минимальный уровень затрат на его поддержку. На этапе эксплуатации план-фактный анализ эксплуатационных показателей на­дежности позволяет осуществить ранний прогноз рисков, связанных с работоспособностью продукта, что способствует принятию мер по повышению уровня готовности изделия и тем самым определяет оценку успешности эксплуатации изделия у его потребителей.

Аспекты надежности

В числе составляющих надежности можно выделить три основных блока: готовность, безотказность и ремонтопригодность.

♦ Готовность — это способность изделия выполнить требуемую функцию при данных условиях в предположении, что необходимые внешние ресурсы обеспечены (ГОСТ Р 27.002-2009 «Надежность в технике»). По сути, готовность подразумевает частоту нахождения системы в рабочем и в нерабочем состоянии. Современные изделия характеризуются высокой насыщенностью системами, узлами и компонентами, отказы которых могут происходить независимо друг от друга в течение цикла эксплуатации. Это является, пожалуй, важнейшей проблемой с точки зрения анализа готовности. Необходимо отметить, что в целом рост показателя готовности позволяет увеличить длительность работоспособного состояния изделия, тем самым обеспечивая как окупаемость инвестиций покупателя, так и сокращение затрат производителя на гарантийное и прочее обслуживание.

♦ Безотказность — это способность изделия выполнить требуемую функцию в заданном интервале времени при данных условиях (ГОСТ Р 27.002-2009 «Надежность в технике»). Это свойство надежности определяет вероятность эксплуатации системы в данный интервал времени без отказов. Целью анализа безотказности является сокращение частоты отказов системы.

Высокая безотказность изделия, с одной стороны, означает сокращение эксплуатационных затрат покупателя как за счет роста времени работы изделия, так и путем сокращения расходов на эксплуатацию. С другой стороны, производитель также получает преимущества — например, благодаря сокращению затрат гарантийного периода. И хотя для улучшения бе­зотказности обычно требуется увеличение капитальных затрат на стадии разработки изделия, достижение высокого уровня этого показателя позволяет производителю получать дополнительную прибыль благодаря как прямому росту продаж, так и повышению собственной репутации, что положительно влияет на развитие отношений с клиентами.

♦ Ремонтопригодность — это способность изделия при данных условиях использования и технического обслуживания к поддержанию или восстановлению состояния, в котором оно может выполнить требуемую функцию (ГОСТ Р 27.002-2009 «Надежность в технике»). Свойство ремонтопригодности определяет, как быстро и насколько просто можно выполнить техническое обслуживание или ремонт системы. Характеристики ремонтопригодности обычно напрямую зависят от конструкции изделия, которая определяет набор процедур технического обслуживания, а также их длительность и, следовательно, время восстановления работоспособности. В качестве исходных данных для выполнения анализа ремонтопригодности, помимо данных о собственно задачах обслуживания, выступает информация о персонале и его квалификации, требованиях к оборудованию и расходным материалам, организационному уровню выполнения работ, а также показатели безотказности для обслуживаемых элементов.

Итак, высокоэффективное изделие должно одновременно обладать оптимальными показателями: безотказности, гарантирующей возникновение малого количества отказных ситуаций в течение его эксплуатации в заданных рабочих окружениях; готовности, обеспечивающей длительную работоспособность; ремонтопригодности, то есть простоты восстановления работоспособности изделия.

Управление надежностью

Отечественные производители и по сей день довольно специфично понимают актуальность производственных целей и подходов к их реализации, тем не менее в настоящее время их интерес к обеспечению надежности производимой продукции становится все более заметным.

Процесс управления надежностью по своей сути является итеративным и проектным. При проектировании изделия изучение его надежности начинается с самых ранних стадий, что обеспечивает производителю большую уверенность в возможности соблюдения требований к изделию на основе бюджета программы изделия. Да и в дальнейшем различные задачи надежности требуют постоянного внимания, решения, анализа и пересмотра результатов, актуализации и выбора вариантов решений. Причем весь процесс обязан происходить при непосредственном взаимодействии широкого круга под­разделений, участвующих в конструкторско-технологической подготовке производства, а не только внутри службы надежности организации.

Как видим, задачи эти сложные, интегральные, для их решения приходится привлекать широкий круг участников, поэтому организациям, стремящимся стать действительно эффективными, необходимо оптимизировать организацию работы и информационной поддержки управления надежностью: следует внедрить системный подход к совершенствованию надежности разрабатываемых и эксплуатируемых изделий. Необходимые средства автоматизации и информационной поддержки позволят определить и контролировать «жесткость» рамок рабочих процессов.Основными шагами процесса управления надежностью, достаточно общими для всех отраслей промышленности, являются следующие:

• определение требований к надежности;

• идентификация целевых параметров надежности;

• анализ и оценка надежности;

• оптимизация надежности;

• подтверждение;

• мониторинг и контроль.

♦ Определение требований к на­дежности. На начальном этапе требуется четко определить требования в области надежности для самого продукта с учетом планируемых условий его эксплуатации. Это может как выполняться на уровне изделия в целом, так и детализироваться до его отдельных систем, сборок и компонентов. Например, проводится исследование мнений потенциальных заказчиков, собирается информация о работе аналогичных устройств, исследуются характеристики потенциальных рабочих сред.

Важно, чтобы в состав требований вошли те, что ориентированы на решение задач надежности. Вслед за сбором требований к надежности необходимо сопоставить их с требованиями к конструкции изделия и затем с производственными требованиями.

♦ Идентификация целевых параметров надежности. Результатом это­го этапа является выявление ключевых элементов с точки зрения степени их влияния на уровень надежности изделия. Для управления рисками следует сформировать стратегию сокращения рисков в области надежности. Конструкторам нужно обратить пристальное внимание на сокращение сложности изделия и применение стандартных альтернатив с подтвержденным уровнем надежности.

Важным инструментом, применяемым на этом этапе разработки изделия, является анализ видов и последствий отказов, который позволяет идентифицировать возможные виды отказов для продуктов или процессов, а также оценить возможность их возникновения.

♦ Анализ и оценка надежности. Прогнозный расчет может выполняться как на базе информации об аналогичных системах и компонентах, так и путем экспертной оценки. Комплексное применение математического аппарата, средств автоматизации расчетов надежности, библиотек с параметрами надежности компонентной базы, методов имитационного моделирования, использование данных производителей компонентной базы изделия в большинстве случаев позволяют достаточно быстро и с достаточной точностью выполнить множество альтернативных прогнозных расчетов параметров надежности разрабатываемого изделия, учитывающих различные требования, варианты его компоновки и применения.

♦ Оптимизация надежности. На этой стадии состав исходных данных для проведения количественной оценки надежности расширяется за счет данных тестирования и проводимых испытаний образцов составных частей изделия в условиях различного рабочего окружения. Обычно такие исследования представляют собой ряд итераций, оценивающих результаты выполняемых тестов. После анализа предпринимаются различные изменения конструкции изделия, затем комплекс анализов с соответствующей их оценкой повторяется снова и снова.

♦ Подтверждение. Подтверждением успеха анализа надежности при разработке изделия является успешное выполнение серии тестов на опытном образце. На базе поступающих эксплуатационных данных надежность изделия должна постоянно пересчитываться с учетом новых факторов. Скорость принятия решений о разработке и внедрении конструкторских изменений должна быть максимальной. Выбираемые решения должны основываться на уже проработанных и подтвердивших свою эффективность возможностях, позволяющих вносить минимальные изменения в производственный процесс.

♦ Мониторинг и контроль. В начальный период результирующей стадии жизненного цикла изделия — его эксплуатации — основной задачей производителя является сокращение объема отказов, возникающих у потребителя изделия. Такие отказы практически неизбежны по причине высокой сложности проектируемых изделий, а также сжатых сроков разработки и вывода продукции на рынок. Реальным способом контроля и сокращения отказов будет постоянный мониторинг и анализ эксплуатационных данных. Эти меры должны подкрепляться внедрением корректирующих действий, позволяющих не просто отработать возникающие отказы, но и определить причину их возникновения и выработать меры по предупреждению их повторного появления.

Признанной методологией является система отчетности, анализа и выработки корректирующих действий по отказам (Failure Reporting, Analysis and Corrective Action System, FRACAS). Методология FRACAS позволяет собирать и обрабатывать исходные данные об эксплуатационных отказах и событиях, выполнять комплексный анализ по выявлению способов устранения отказных режимов и событий, а также обеспечивает повторное использование накопленных знаний не только в текущей программе изделий, но и во всех корпоративных программах разработки и эксплуатации выпускаемых изделий.

Другой аспект мониторинга и контроля — это выявление неблагоприятных отклонений в производственном процессе. Совместной задачей специалистов по надежности и производственных технологов становится определение «комфортных» границ, обеспечивающих выпуск изделий с высокими характеристиками надежности. Одним из ведущих инструментов, решающих эту задачу, является метод статистического контроля процессов (Statistical Process Control, SPC).

Автоматизация процесса управления надежностью

В настоящее время на отечественном рынке представлен ряд решений, позволяющих автоматизировать различные аспекты описанных выше задач управления надежностью. На что следует обратить внимание при выборе средств автоматизации?

Во-первых, на то, что работы зачастую выполняются по неполным исходным данным (что дали конструкторы-системщики, то и обработали). Во-вторых, в организациях предметное взаимодействие между подразделениями и вовлечение конструкторов в аналитическую работу по на­дежности обычно налажено слабо. В третьих, сплошь и рядом используется устаревшая информация по компонентной базе (справочные характеристики нуждаются в корректировке, а ее на предприятиях не производят). Также надо иметь в виду, что расчеты ведутся в ручном режиме или в устаревших системах — например, работающих еще под DOS. Наконец, придется считаться с низкой в целом квалификацией специалистов с точки зрения использования компьютерной техники и современного программного обеспечения.

Учитывая все это, следующие возможности можно определить как критические при выборе инструментов управления надежностью:

• функциональная насыщенность информационных систем, позволяющая удовлетворить не только текущие (обы­чно незначительные потребности), но и, что более важно, перспективные задачи подразделений, участвующих в разработке и улучшении изделий, а также в поддержке их эксплуатации;

• наличие уже встроенных возможностей методической поддержки, таких как разнообразные расчетные методы и расширяемые пользователем библиотеки компонентной базы;

• интеграция с используемой на предприятии системой информационной поддержки жизненного цикла изделий (PLM).

Польза управления надежностью

Внедрив управление надежностью, организация получает возможность достичь ряда конкурентных преимуществ. В их числе — определение оптимального гарантийного периода и ожидаемых гарантийных затрат, оптимальных сроков профилактического технического обслуживания; оптимизация требований, состава и потребностей в производстве запасных частей (это позволяет сократить объем хранимых запасов готовых запчастей и материалов для их производства, а также повысить точность производственного планирования); улучшение программ разработки и производства всех изделий на базе внедрения инструментов систематического анализа типов и причин возникновения отказов; снижение затрат по устранению последствий отказов за счет улучшения возможностей их прогнозирования и ранней подготовки к ним. Проектирование, основанное на надежности, позволит благодаря накопленной базе знаний уже на ранних стадиях разработки выбирать решения, оптимальные с точки зрения соотношения достигаемой на­дежности и необходимых затрат.

Также достигается и ряд других преимуществ — появляются расширенные возможности: по изучению и анализу с высокой детализацией возможных видов отказов, комплексных отказов; по моделированию конфигураций изделия под заданную надежность с учетом резервирования компонентов; эффективному сокращению и устранению отказных ситуаций в начальные периоды эксплуатации новых изделий. Все это повышает степень удовлетворенности клиентов и, следовательно, репутацию производителя.

Кроме того, обеспечивается эффективная оптимизация значений заложенных в проект параметров на­дежности (безотказности, готовности, ремонтопригодности) с другими характеристиками продукта (стоимость, вес, объем, работоспособность, обслуживаемость, безопасность) на базе выбора оптимальных конструкций. Наконец, становится возможным переход на проектирование изделий с заданным уровнем надежности под заданный уровень стоимости жизненного цикла для эффективного управления контрактами жизненного цикла изделий.

Впрочем, у управления надежностью есть и обратная сторона: каждый руководитель должен знать о «стоимости ненадежности» — скрытых затратах, внезапно возникающих вслед за произошедшей аварией. Результатом внеплановой аварии, вызванной ненадежностью какой-либо (обычно незначительной) детали, практически всегда являются несоразмерно большие затраты на ее устранение. Необходимость в краткие сроки найти, доставить и установить хотя и небольшую, но, вполне вероятно, редкую деталь определяет уровень возникающих значительных переплат. Кроме того, имиджевые потери зачастую превосходят затраты на ремонт и устранение последствий, в некоторых случаях приводя к закрытию таких производителей-неудачников. Поэтому нахождение верного баланса между безотказностью и потенциальными затратами на предот­вращение и/или устранение случившихся отказов можно считать важнейшей задачей управления.

Управление надежностью может и должно стать движущей силой перестройки производственных процессов на отечественных предприятиях, оно позволит реорганизовать их корпоративную культуру, повысит организационную зрелость и обеспечит рост конкурентоспособности.

♦ Кирилл Федоров — руководитель отдела систем интегрированной логистической поддержки группы «Борлас»; kfedorov@borlas.ru