基于FRACAS的工程機械產品問題管理平臺建設＊

霍建軍，上官琪，劉波，梁麟

（廣西柳工機械股份有限公司全球研發中心，廣西柳州 545007）

0 引言

工程機械產品屬于大型、復雜的機電液一體化系統，隨著行業的快速發展，產品迭代升級，對工程機械產品的技術和性能需求日益提高，眾多新技術、新材料、新工藝應用其中，但與此同時影響產品性能的因素也隨之增多。此外，由于研制周期短、任務重，工程機械產品在試驗期間的故障暴露不充分，導致部分系統性故障沒有根除，提高了產品發生故障的概率。因此，在研制和生產過程中保證產品的可靠性已成為工程機械制造企業的重要工作內容。

故障報告、分析和糾正措施系統（FRACAS）是國內外普遍使用的可靠性管理技術，該技術主要指在產品研制過程中，基于“信息反饋”和“閉環控制”的原理，按照規范化的流程，報告產品的故障，分析故障發生的原因，制定和實施有效的糾正措施，同時把故障原因和糾正措施信息反饋到設計和開發過程中，以達到防止故障再現的目的，提升產品可靠性。當前，FRACAS 已被廣泛應用于航空、航天、醫療、電子、通信等領域中［1-4］，成為故障信息管理和控制的一項通用技術，是促進產品可靠性增長、提高產品質量的重要手段。

工程機械產品可靠性的提升需以優秀的可靠性設計作為保障，在可靠性設計過程中，基于FRACAS閉環管理流程能分析工程機械產品研制階段的故障數據，建立故障信息數據庫，梳理產品故障典型案例，并且可為其他產品項目的研制提供技術與經驗支持；該流程實現了產品問題歸零化，為制造高可靠性水平的工程機械產品提供基礎保障。本文結合企業實際情況，提出使用FRACAS 技術構建工程機械產品故障信息管理系統。

1 FRACAS閉環管理

FRACAS 系統的有效性體現在基于使用統一標準化的流程下，能及時發現產品在研制過程中暴露的故障，并從技術、管理方面分析故障原因，提出并驗證糾正措施，防止故障再現（如圖1所示），能有效提高產品可靠性。

圖1 FRACAS流程圖

2 LG_FRACAS的建立及要求

基于FRACAS 故障閉環管理要求，并依據廣西柳工機械股份有限公司（以下簡稱公司）產品的開發流程，建立適用于工程機械產品及符合公司產品研發特點的柳工產品問題管理系統（LG_FRACAS），重點實現以下6 個目標：①實現產品從樣機制造、樣機評審、性能測試、可靠性試驗到批量銷售跟蹤等階段的問題閉環管理，使問題管理更加清晰、便捷。②征集客戶需求，構建產品問題管理IT平臺，規范研制過程中的問題跟蹤活動，提高問題跟蹤的自動化水平。③建立跨部門（設計、工藝、制造、采購、試驗、質量、服務等）跟蹤機制，實現產品相關部門信息互通，提升研發效率，縮短研發周期。④實現產品研制問題數據存儲集成化，以及問題分析、處理等信息的收集整理，為后期產品開發及管理奠定基礎。⑤集成產品線功能樹圖，納入系統進行管理，實現產品系統模塊故障區域記錄，以及功能樹圖的平臺化管理。⑥實現從公司級、產品線級（子公司）、項目級的3 級報表統計功能，方便各級人員開展統計分析工作。

目標制定后，首先要建立系統管理和運行的工作流程體系及管理規范［5］，明確處理故障過程中各類角色的職能分工及注意事項，按照科學的流程形成閉環。其次要做好各項系統模塊及系統流程的設計，便于用戶分類錄入及傳遞信息，提高系統平臺的操作性。最后要建立配套的信息數據庫，充分發揮數據的作用。良好的系統平臺設計可保證數據的安全性、完整性和可利用性，同時為后期開展產品可靠性分析提供數據保障。

2.1 明確工作流程體系

在LG_FRACAS 系統開發之前，需結合企業自身的實際情況，根據當前業務模式及需求確定系統平臺的工作流程體系。所有產品研制階段的故障信息應統一由可靠性部門進行歸口管理，該部門主要負責規劃并建立故障信息閉環管理系統及其后續日常管理事務，數字信息管理部門負責該系統的技術支持及維護。在該體系下，按照企業具體業務的工作流程設定人員角色，每個角色均與產品故障處理過程息息相關，主要包括故障報告人員、故障分派人員、故障數據分析人員、方案制訂（糾正措施）人員、方案審核人員、方案實施及驗證人員等?？深A先賦予這些角色相應的數據權限，將其權限設定在系統流程節點下，便于信息流轉與互通。此外，故障信息數據是LG_FRACAS 系統管理的主要內容，從流程創建到閉環管理，主要包含產品收集或跟蹤到的所有問題記錄（產品研制各階段的設計、裝配、評審、試驗、用戶的抱怨/意見等問題信息）、分析原因、制訂改進方案、預防措施及基于數據輔助而整理形成的知識庫案例報告、圖形和報表等［6］。

2.2 制定工作規范

LG_FRACAS 系統對公司傳統的線下碎片式管理模式進行了革新，將產品的系統模塊結構、產品線分類與部署、研制階段的產品問題、問題解決審簽流程、產品的運行記錄、資源庫、報表等各類信息融入統一的管理系統中。由于LG_FRACAS 系統涉及的范圍廣、業務流程長，為保證整個系統成員能統一協作，高效地完成任務，必須制定科學的工作規范，具體內容如下：①確定LG_FRACAS 系統的主要目的，包括故障信息的篩選、流轉、利用、實施等。②需對用戶使用界面予以充分考慮，即產品故障信息從報告錄入到分析處理再到歸檔關閉的各項內容和格式，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、方案實施匯報界面等。③在產品研制的不同階段，需分別進行模塊分類，根據模塊劃分產品故障報告，按產品研制時間維度進行可靠性管理。④對于重復發生或故障等級較高的故障數據，需進行問題關聯跟蹤及上報負責人審批，加強對事件處理過程的監控。⑤根據各子公司的需要，設計可輸出多種維度的數據內容，方便用戶對產品數據進行整理與分析。⑥根據不同產品類別提前整理，錄入各產品功能結構樹圖和編碼，便于用戶在系統中確定故障信息所屬位置。⑦在報告界面設置時間統計控件，對于長時間未操作的單據，可以統計其滯留時間及狀態信息，還可以對流程中各節點設置郵件頻次提醒，便于定期發送郵件通知。⑧應提前考慮是否與公司其他信息系統存在數據互聯關系或需求等。

2.3 平臺模塊設計

平臺的模塊化設計是把整個LG_FRACAS 系統劃分為多個功能模塊，各個模塊間采用標準的功能接口，使系統的設計、實現簡易、快速且低成本。系統模塊化設計具有可擴展性、可更改性、可重用性的優勢。系統模塊化功能的實現是由各個封裝好的子功能模塊實現的，并且具有開放的接口，當其他系統有同樣的業務需求時可以直接調用，為后期系統的功能擴展和維護提供便利。

軟件平臺各功能模塊分工明確，共同支撐并實現對基礎數據和信息的收集，設計為以下5個功能模塊（如圖2所示）：①用戶管理模塊。維護用戶信息，統計系統基本用戶數據。②產品問題閉環管理。系統主體功能，記錄所有用戶錄入的產品問題，實現問題方案制訂、方案審批、方案實施、方案驗證等產品全生命周期的跟蹤功能。③功能樹圖管理維護。作為產品問題管理模塊輔助信息錄入，讓用戶能快速地定位產品問題（或故障）所屬模塊，針對性地制訂方案，提高解決問題的效率。④產品線機型維護。作為輔助信息錄入，使用戶能快速定位產品問題（或故障）所屬機型，提高解決問題的效率。⑤數據統計報表模塊。將產品問題數據采用報表形式進行統計，可通過多個維度（產品線、機型、模塊）直觀地評估各個產品線產品問題并進行業務改進，最終達到目標。

圖2 LG_FRACAS平臺模塊設計

2.4 程序流程設計

程序流程設計是實施LG_FRACAS 系統故障閉環管理的核心，為保證跨部門、跨崗位的員工之間能協同合作，將企業內部現有的資源進行有效整合，使公司內的業務流程起到監控目標、高效執行任務的作用，確保任務能順利完成。

LG_FRACAS 系統的操作流程充分考慮各行業FRACAS 系統在工程應用中應注意的問題［7］，制定了如下監控環節：故障報告—故障分派—故障確認—原因分析及糾正措施制定—方案符合性審核—糾正措施實施—效果驗證—預防措施—問題關閉歸檔（如圖3所示）?；谝陨狭鞒?，使公司產品研制階段實現產品質量信息完整、有效、可追溯。

圖3 LG_FRACAS閉環管理流程

在執行LG_FRACAS 流程的時候，用戶可以根據產品不同研制階段發現的故障進行填報，然后由項目主管將該問題按照責任劃分進行分派。對于工程機械產品研制問題解決過程而言，最重要的是故障報告及分派、故障原因分析及糾正措施制定、糾正措施的實施及驗證。

2.4.1 故障報告及分派

工程機械產品在研制過程中發生的所有問題（以下簡稱故障）都應進行記錄，故障發現者應及時、準確地將問題進行匯總整理，所整理的內容應能完整、真實地反映故障情況，便于后續分析原因。此外，還應注意記錄故障的名稱、機型、樣機號、工作小時、環境工況、上報時間、故障模式（如開裂、卡死、振動、松脫等），以及初步判斷故障發生等級等重點信息。

由于產品研制進度存在差異，導致不同時期的產品故障解決流程也會有差別，故問題錄入時需先明確對應研制階段的流程模塊，然后按照規定的故障報告格式進行填寫（如圖4所示）。此時，錄入者應注意對故障信息進行詳細描述，并進行初步分析和歸類，產品主管將故障報告進行分派，分派過程是對產品故障的進一步確認和分析，需再次確認故障發生等級，被分派部門可涉及設計、工藝、質量、采購、制造等部門。

故障確認過程中如果發現重復故障（相同機型重復發生），需在系統中選擇并綁定該故障首次發生的單據，由系統自動完成故障等級升級，以便對該故障進行監控處理。

2.4.2 故障原因分析及糾正措施制定

（1）產品故障責任部門在收到故障報告后，需進一步按照報告內容進行核實確認，通常采用測試、試驗等手段復現故障或依靠故障證據的方法證實故障現象的真實性，給出臨時處置措施，再進行詳細的故障原因分析。系統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（改進負責人）根據根本原因制定糾正措施，并按照規定逐一填寫故障糾正的措施報告，隨后提交給相關審核人，以評估故障糾正措施的可行性和有效性。

2.4.3 糾正措施的實施及驗證

（1）故障糾正措施通過審核后，改進負責人應將糾正措施用于原樣機故障系統或設備，進行試驗或重新測試，若實施部門確認方案有效，則需提出防止故障再次發生的主動預防措施，完成相應的故障單據閉環。

（2）管理部門需將已驗證的案例報告進行審核、確認，同時判斷此報告的合規性及合理性，并決定是否將故障報告及糾正措施納入典型案例知識庫中，完成入庫歸檔。

（3）若糾正措施無效，需由驗證人員駁回至原因分析及方案制訂環節，并在備注信息中詳細填寫測試/試驗結果，改進負責人重新進行原因分析或制定其他的糾正措施，直到徹底解決故障。

（4）對懸而未決的產品故障問題由可靠性部門和質量管理部門共同組織人員及時審查，明確問題未解決的原因，必要時可由部門負責人審核，保證及時完成故障報告工作。

2.5 LG_FRACAS數據庫

LG_FRACAS 數據庫可積累有效故障數據信息，這些數據通過審核后可自動歸入配套的可靠性基礎數據庫中，作為后續產品可靠性水平評估、可靠性增長分析及技術改進等活動的重要信息來源，該數據庫還可與其他可靠性設計和分析模塊建立數據關系，實現數據多維度共享利用。LG_FRACAS 數據庫與其他功能模塊的關聯關系如圖6所示。

圖6 FRACAS數據庫與可靠性關聯關系圖

不僅如此，LG_FRACAS 數據庫還可作為企業研制階段產品故障管理看板，將產品研制過程中的故障信息以多維度圖表的形式展顯。圖7是各產品線在某一時間段內試制管理模塊問題單據監控報表，主要包括關鍵節點統計數量及處理效率值，方便后續對各產品線研制問題處理情況進行評估。圖8是某項目產品在研制階段的故障系統模塊排名情況。

圖7 試制管理模塊問題單據監控表

圖8 某項目產品研制階段的故障系統模塊排名

LG_FRACAS 系統數據庫還能與公司的可靠性一體化平臺、設計變更平臺（Windchill）及公司外反饋信息平臺（DMS）實現數據共享，為其他產品的設計、試驗、制造活動等提供寶貴經驗。

3 結論

建立并運行LG_FRACAS 系統，是實現工程機械產品故障信息規范化管理的有效手段，既可以保證產品在研制階段產生的故障信息能被及時、準確、完整地收集和分析處理，使分散的產品故障得到及時解決，又能對新產品的分析、改進與設計提供高價值的參考信息，幫助設計人員預先決策，防止其他產品出現類似問題。LG_FRACAS 系統可控制和減少工程機械產品故障發生的概率，推動產品質量不斷改進和提高，對工程機械產品研制全過程的可靠性增長、產品質量提高具有積極的推動作用。