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)重點實驗室，廣東 廣州 510610；3.廣州市電子信息產(chǎn)品可靠性與環(huán)境工程重點實驗室，廣東 廣州 510610；4.華南理工大學，廣東 廣州 510641）

0 引言

科學儀器設備是對事物組成、結(jié)構(gòu)、相互作用的機理機制和變化規(guī)律趨勢進行檢測、表征并獲得相關科學數(shù)據(jù)的工具。科學儀器具有技術(shù)密集度大、產(chǎn)品附加值高和組成結(jié)構(gòu)精密復雜等特點，是被廣泛地應用于科學研究和工業(yè)生產(chǎn)的基礎性產(chǎn)品[1]。由于科學儀器在促進我國科技發(fā)展、國防建設和經(jīng)濟轉(zhuǎn)型等方面具有舉足輕重的作用[2]，中央財政于2011年8月專門設立了國家重大科學儀器設備開發(fā)專項（以下簡稱專項）資金，旨在進一步地推動我國科學儀器設備行業(yè)的發(fā)展，提升行業(yè)相關科研院所和企業(yè)的開發(fā)和應用能力，使科學儀器在支撐科技創(chuàng)新和國防建設，服務經(jīng)濟和推動社會發(fā)展等方面發(fā)揮更大的作用。然而，在專項工作推進的過程中發(fā)現(xiàn)眾多的儀器設備在功能指標上能夠達到預期的要求，而產(chǎn)品可靠性始終難以達到產(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年度申報的所有儀器專項中均提出了明確的可靠性指標要求，在這種背景條件下，重大科學儀器項目的可靠性工作就顯得尤為重要。

本文正是在重大科學儀器專項高度重視研發(fā)儀器設備可靠性的背景下，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)可靠性工作開展狀況，為相關儀器行業(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步，其規(guī)模也在逐年增大[4]。據(jù)統(tǒng)計，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)基礎扎實和生產(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、大型儀器設備市場，國產(chǎn)儀器設備與國外同類產(chǎn)品不具有任何的競爭能力，幾乎全部需要依賴進口。據(jù)統(tǒng)計，我國每年上萬億元儀器設備固定資產(chǎn)投資中60%的科研儀器依賴于進口。另據(jù)海關統(tǒng)計，我國每年進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。當前，中國儀器設備市場已經(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購買國外的產(chǎn)品，也不選擇具有相同功能且價格低廉的國產(chǎn)產(chǎn)品。

導致這一現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，儀器行業(yè)人士普遍認為不是在于儀器技術(shù)先進性或測量指標，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?。國外儀器設備的價格雖然比國產(chǎn)儀器設備高出不少，但是，由于其可靠性高、穩(wěn)定性好，后期維護調(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)儀器設備雖然具有價格優(yōu)勢，但是其可靠性不夠高，后期維護調(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)新的一個嚴重障礙，如何突破這個障礙使國產(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)界的一個難題。

在國內(nèi)，儀器行業(yè)開展可靠性研究和應用工作早有先例。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)器為典型進行探索性的研究，摸索了可靠性應用的方法、途徑和效果，最終使溫度變送器的可靠性指標提高了1.6倍，調(diào)節(jié)器提高2.9倍；1986-1991年，原機械工業(yè)部先后發(fā)布 “儀器儀表限期考核可靠性指標”的通告，對儀器儀表的11個專業(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、試驗與考核評定創(chuàng)造了條件。但是到了20世紀90年代，儀器儀表主要走引進、消化吸收再創(chuàng)新的途徑，側(cè)重點放在引進制造技術(shù)而不是產(chǎn)品的設計技術(shù)，導致對產(chǎn)品可靠性設計的意識淡薄。加之計劃經(jīng)濟時代推行的可靠性做法已經(jīng)過時，國外新的可靠性理念、方法和工具發(fā)展迅速，導致本來與國外正在縮小的差距又很快地被拉大了。

儀器設備可靠性工作的開展是一項復雜的、投入巨大的系統(tǒng)工程，要投入大量的人力和物力，這會導致儀器產(chǎn)品的研發(fā)成本增加。由于前期可靠性投入費用高，會導致高可靠、高品質(zhì)的產(chǎn)品由于價格昂貴而不能快速地占領市場，企業(yè)投入回報率不高，使得儀器企業(yè)對投入資本進行可靠性工作不積極，導致到目前為止國內(nèi)儀器行業(yè)還沒形成可靠性技術(shù)的相關研究和完整的標準體系，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，并推廣應用到全行業(yè)的企業(yè)中去，已成為了推進我國分析儀器產(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40年代，在五六十年代已經(jīng)被西方發(fā)達國家應用到了航天工業(yè)當中。進入70年代，西方發(fā)達國家把可靠性技術(shù)廣泛運用到各種各樣的電子設備或系統(tǒng)。八九十年代可靠性研究進入更深層次的研究和發(fā)展。進入21世紀之后，提高產(chǎn)品的可靠性，更是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵。當前，在現(xiàn)代西方發(fā)達國家的生產(chǎn)中，可靠性技術(shù)已貫穿于產(chǎn)品的開發(fā)研制、設計、制造、實驗、使用、運輸、保管及維修保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)。科學儀器發(fā)達的國家如美國、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，十分重視儀器設備產(chǎn)品可靠性工作，不僅擁有完善的供應商考察、物料優(yōu)選體系，更是建立了完善的可靠性工作體系和驗收管理方法，優(yōu)異的可靠性，已經(jīng)成為這些公司儀器設備產(chǎn)品的重要賣點和附加值增長點，國外儀器行業(yè)在進行可靠性工作時與我國相比，具有以下的優(yōu)勢：

1）有較完善的可靠性理論體系，產(chǎn)品設計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，強有力地支撐企業(yè)設計人員在設計階段、原材料采購階段、產(chǎn)品生產(chǎn)階段和試驗考核階段開展各項可靠性工作，如可靠性預計、可靠性分配、FMEA、FTA和仿真等，從產(chǎn)品源頭就開始保障各項可靠性指標，使得所設計的儀器產(chǎn)品不僅功能滿足設計要求，而且具有良好的可靠性水平；

3）建立了完善的可靠性標準體系，有利于全方位地指導開展儀器產(chǎn)品的各項可靠性工作；

4）重視可靠性試驗、故障診斷和壽命預測技術(shù)的研究與應用，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行改進，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)品設計開發(fā)提供了豐富的參考資源；

6）建立專門的部門對產(chǎn)品的可靠性水平進行把關，而且可靠性部門工作一般都是由具備了豐富的產(chǎn)品設計經(jīng)驗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)品的可靠性設計薄弱環(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，致使國外儀器設備比國產(chǎn)儀器設備的市場占有率高，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)

為指導儀器專項承擔單位實現(xiàn)科學儀器開發(fā)專項提出的可靠性指標并對其進行驗證，科技部委托工業(yè)和信息化部電子第五研究所制定 《科學儀器設備開發(fā)可靠性工作指南》（以下簡稱 ‘指南’）。根據(jù)科學儀器設備開發(fā)專項小批量、多品種等特點，并結(jié)合開發(fā)專項現(xiàn)階段可靠性工作狀態(tài)和承擔單位的總體情況，指南從可靠性工程管理、設計分析、試驗評價3個方面，選擇了14個工作項目用于開展可靠性工作，具體的項目如圖1所示。

依據(jù)指南推薦的14個可靠性工作項目對國內(nèi)118個儀器企業(yè)可靠性工作現(xiàn)狀進行問卷調(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項工作在118個國內(nèi)儀器企業(yè)的開展情況，可以看出5項工作的落實情況都不理想，118個企業(yè)中成立可靠性工作組的只有29%；開展可靠性工作計劃制定與檢查的企業(yè)最多，有31.36%；開展故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)建立與運行的企業(yè)有13%；開展對承擔單位、轉(zhuǎn)承制方和供應商進行監(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）可靠性設計分析

圖3給出了可靠性設計分析工作各模塊在118個單位中的開展情況，其中，開展必選工作項目可靠性指標分配的單位只有14%；有13%的單位開展建模預計工作，開展可靠性設計準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，達到了27%；開展仿真分析工作的單位也只有14%。

c）可靠性試驗評價

圖4給出了118個單位開展4項可靠性試驗評價工作的情況，可以看出，開展可靠性試驗的單位比例較低，除了環(huán)境適應性驗證試驗開展比例最高外（26%）；其他3項試驗的開展比例均未超過15%，其中，環(huán)境應力篩選14%，強化試驗2%，可靠性指標驗證試驗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系統(tǒng)的可靠性管理體系來對可靠性工作進行統(tǒng)籌、規(guī)劃、執(zhí)行和評審，這樣會導致相關的可靠性工作效果大打折扣。

b）可靠性設計分析工作沒有得到重視

產(chǎn)品的可靠性首先是設計出來的，設計分析工作是提高產(chǎn)品可靠性的關鍵，認真做好產(chǎn)品的可靠性設計與分析工作，是提高和保證產(chǎn)品可靠性的根本措施。但是設計分析工作在國內(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)儀器設備可靠性的提升空間。

圖1 開發(fā)專項可靠性工作項目

圖2 可靠性工程管理工作開展情況

圖3 可靠性設計分析工作開展情況

圖4 可靠性試驗評價工作開展情況

c）可靠性試驗評價工作的開展率較低

可靠性試驗是為了發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設計、材料和工藝等方面的各種缺陷而開展的，通過分析試驗過程中的故障并對產(chǎn)品進行改進，從而使產(chǎn)品可靠性逐步地得到增長，最終達到預定的可靠性水平，可以說，可靠性試驗是整個可靠性工作體系的關鍵一環(huán)?？墒悄壳翱煽啃栽囼炘u價工作基本上沒有在我國儀器行業(yè)得到充分的開展，特別是可靠性指標驗證試驗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基本沒有進行實際的試驗考核，可靠性指標對產(chǎn)品自身可靠性起不到一個約束的考核作用，可以說基本上是一個擺設。

我國儀器行業(yè)的可靠性工作還處于一個起步階段，由于政策導向缺乏，企業(yè)意識淡薄，專業(yè)人才匱乏，資金設備不足等現(xiàn)實條件的約束，導致有許多關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備可靠性水平的提升空間，繼續(xù)拉大與國外儀器設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)基礎比較薄弱，在開展可靠性工作的時候會遇到許多困難，相關政府管理部門應該為其提供更多的專家指導和政策引導，儀器企業(yè)也應該注意對可靠性人才進行儲備，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，促進儀器設備的可靠性提升，提高其市場競爭力，從而使國產(chǎn)儀器設備能夠在國內(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，實現(xiàn)我國經(jīng)濟發(fā)展模式轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標。

[1]楊秀梅.儀器分析方法與分析儀器主要特點及發(fā)展現(xiàn)狀綜述 [J].生命科學儀器，2010，8（5）：43-49.

[2]張增照，謝少鋒，古文剛.測量儀器可靠性分析技術(shù)應用探討 [J].儀器儀表學報，2010，31（8）：268-272.

[3]黃英華.如何提高電子測量儀器可靠性水平 [J].中國標準化，1998（5）： 25-28.

[4]李春霞，賀孝珍.智能化儀器代表可靠性技術(shù)研究及應用 [J].自動化與儀器儀表，2007（5）：29-31.

[5]李昌厚.再論中國分析儀器的可靠性、產(chǎn)業(yè)化和有關問題 [J].光譜儀器與分析，2005（1）：11-18.