浅谈液体石油产品参数的数据分析

第二节　质量管理新技术——可靠性技术

一、质量与可靠性技术发展概况

（一）质量与可靠性技术的内涵

2008版ISO 9000中对质量定义为“一组固有特性满足要求的程度”，国家标准GB3187对可靠性定义为“在规定时间内或整个有用寿命期内，产品在规定的条件下完成规定功能的能力”。

产品质量工程主要包括质量策划与计划，质量体系建设，技术状态管理，采购、制造、装配与总装控制，产品和设备质量检验，质量记录和过程监督等。可靠性工程包括可靠性策划及计划，可靠性指标确定，可靠性队伍建设，可靠性设计、分析、试验与评价等。因此，质量与可靠性技术内涵包括质量与可靠性管理模式与机制研究，质量与可靠性政策、法规与规范，质量与可靠性指标体系，质量与可靠性工作项目的策划，质量检验、质量控制、质量监督、质量保证技术的研究与应用，可靠性、维修性、保障性设计、分析、试验、验证评价技术的研究与应用。还包括质量与可靠性辅助工具的开发与推广，质量与可靠性信息系统相关技术等。

在ISO 9000－4《质量管理和质量保证第4部分：可信性大纲管理》中已明确规定：可信性（指可靠性、维修性和维修保障）是产品质量必须满足的几个重要“需要”之一，所以，可靠性也是产品的质量特性。目前，各行各业已将可靠性列入产品质量特性，纳入质量管理和质量保证范畴。将产品的可靠性称为质量可靠性完全符合国际质量标准的规定。

质量可靠性已成为产品质量的重要特性，是现代质量观念的核心指标之一。产品质量可靠性是产品质量水平和市场竞争力的主要体现。

（二）质量与可靠性技术的发展历史

质量与可靠性开始都是作为一门独立技术各自发展的。质量管理经历了传统的检验质量管理阶段、运用数理统计原理的统计质量管理阶段，最后发展到运用系统工程原理的现代质量管理阶段。可靠性技术则是在质量管理技术发展到一定程度之后产生的。随着产品结构日趋复杂、产品使用条件日趋苛刻、产品故障后果日趋严重，以及信息技术和计算机技术的不断进步，两者不断融合而逐渐成为一门综合技术，即质量与可靠性技术。它的发展可划分为三个主要阶段。

1．质量检验与可靠性的兴起。质量与可靠性技术是从产品质量检验技术逐步发展起来的。质量检验的思想源远流长，是从人类开始制作和使用工具就有的活动，但作为一门科学的管理方式，则形成于20世纪初，缘起于Taylor的科学管理，源于生产与检验的科学分工。二战前主要是应用统计检验技术进行产品质量的事后把关，1930年出现的Shewhart的SPC（Statistical Process Control统计过程控制）为质量检验提供了科学的理论基础。SPC也是质量管理的重要途径，它是运用数理统计和概率论的基本理论和方法，对制造过程的特性数据进行分析，把制造过程中影响产品质量特性的固有随机波动和异常原因引起的可控制的波动进行定量分析和分离，从而得到最佳的过程输出。

二战期间，Von Karlman提出了可靠性概念。经过几年的探索，1951年美国开始实施ARINC（军用电子管可靠性改进）计划。1952年美国国防部成立了AGREE咨询组，系统地研究军用电子设备和飞机、导弹等复杂系统的可靠性。1955年尝试实施一个从设计、试验、生产到交付贮运和使用的产品全寿命过程的可靠性工作方案，到1957年形成了一套初步的系统可靠性工作机制，颁布了MIL－R－25717《电子设备可靠性保证大纲》，开始在大型产品研制中实施可靠性工程。

2．全面质量管理与可靠性技术的逐步成熟。1950年年末，Jornam和Feigenbaum提出了TQM的理论和方法。1960年，可靠性专业技术发展迅速，在失效物理和故障分析技术等方面取得了巨大进步。美国在航天工程（NASA项目）、武器系统研制中全面贯彻可靠性大纲，推动可靠性工程的发展，陆续发布了MIL－HDBK－217、MIL－STD－781、MIL－STD－785等一套（主要针对电子产品）较完善的可靠性设计、试验及管理标准。1970年，可靠性在发达国家步入成熟阶段，从抓单一的电子产品的可靠性，到抓各类产品——EEE（电子、机电、光电）产品、机械产品、软件产品的可靠性工作。同时非电产品可靠性研究和软件可靠性工程都是在这一时期基本成型的。可靠性工程的范畴也在拓展，成为包括维修性、可用性、可信性的广义可靠性。

3．产品保证技术——质量与可靠性技术在工程应用中的融合。1980年以来，计算机的应用，特别是CAD的发展带动了可靠性分析、设计工具的开发和使用。1985年开始，美空军、NASA等相继推出了可靠性与维修性2000计划，从改善管理入手，依靠政策和指令促进系统研发、生产和管理组织对可靠性工作的重视。1990年，对于具有高可靠要求的复杂系统，美国、欧洲等发达国家将可靠性保证纳入产品保证范畴加以统筹策划和实施。

从20世纪80年代末和90年代初期开始，可靠性工程深入发展，逐步强调集中统一管理和管理的制度化。美国国防部颁发了DODD5000．40《可靠性与维修性》。可靠性工程的内涵和外延在进一步拓展，形成了与产品可靠性相关的所有管理和技术领域的“大”可靠性概念，即产品保证的概念。它不仅包括了从元件、器件级到设备、分系统、系统的所有产品级别的可靠性工作，而且包括了所有产品种类（电子的、光学的、光机电一体化的、软件的、软－硬接口的等等）。可靠性工作内容不仅包括了试验、评估、设计分析，而且将产品研制、生产、使用维护和报废的全寿命周期过程纳入进来；另外，还包括产品设计的可靠性工作，元器件、原材料的可靠性保证、工艺可靠性和使用过程的可靠性工作。

（三）我国石油工业质量与可靠性技术发展历史

1．专业委员会成立。在石油天然气行业技术监督部门的组织与直接参与下，1988年在中国石油学会下成立了可靠性专业委员会筹备委员会，具体负责石油行业的可靠性研究与推广工作。从1989年起到1996年，石油行业的可靠性技术是作为一项独立的应用技术发展的，内容只涉及可靠性技术在钻采装备、石油化工压力容器、石油地质、钻井工艺等方面的技术评价，以及可靠性技术在产品设计、制造和使用中的应用。1996年中国石油学会质量可靠性专业委员会成立，其间筹备委员会先后共召开了10次会议，研究并制定了筹委会的宗旨和工作方针，提出了各个时期推行可靠性工作的措施和对策，很好地发挥了学会的协调、参谋等作用。1989年后，石油工业系统基本上每年都要召开一次全国石油行业可靠性学术研讨会，每届研讨会都有本届会议的主题和宣读与交流的大量论文，集中反映了石油行业质量可靠性的研究与应用成果，及时为某些部门提出了推广质量可靠性工作的建议。

1996年正式成立中国石油学会质量可靠性专业委员会之后，在石油行业标志着可靠性理论与技术和质量管理工作的开始融合，质量的概念也逐步由产品的符合性发展为“反映实体满足明确和隐含需要的能力的特性总和”和“大质量”概念。

2．超前的质量管理意识。石油天然气行业质量技术监督系统，在质量可靠性的概念整合创新和工作定位中，做了许多前瞻性工作。

原国家技术监督局密切关注与跟踪国际质量管理的发展趋向，在《质量可信性大纲管理》等国际质量标准出版后，即在《印发关于加强产品可靠性工作的若干意见的通知》（管函［1994］365号文件）中就明确指出：“可靠性技术和理论的推广应用，是当今质量管理工作的一项重要内容，尤其在高科技产品和机电产品的研制开发中，可靠性保证构成了产品质量保证的一个重要部分”。

原中国石油天然气总公司技术监督局迅速转发了这一文件，并在（1994）技监字第88号文件中，进一步明确提出：“各单位要逐步建立新的质量观念，既要重视产品的先进性，又要重视产品的可靠性，要将产品的可靠性纳入质量指标体系进行考核”。基于这一思想，此后石油天然气行业内便将可靠性纳入质量范畴，将产品可靠性管理工作定位为质量管理工作。

这种质量与可靠性概念的整合创新及工作定位，把可靠性这一项主要是工程技术性的工作，纳入并提升为当今现代企业管理的中心工作——质量管理工作，成为企业管理的核心内容，为后来的石油行业质量可靠性工作的顺利推行，提供了重要的思想理论基础。同时石油石化各企业正向自觉应用质量可靠性技术、逐步实施建立可靠性标准体系转变。

3．跨越式的发展。石油天然气行业质量技术监督部门，有一批专家型领导与专业层次较高的机关工作人员，他们通晓可靠性专业理论，了解其国内外发展现状和石油天然气行业对质量可靠性的需要，有推广应用的决心，凭依领导与主管部门的行政权力和专业见识，他们动员和团结了石油院校和科研单位一大批专家、教授和各石油企业的质量管理专业人员，为石油天然气行业推行质量可靠性的研究与应用，开展了一系列卓有成效的工作，使石油天然气行业的质量可靠性工作跨越了萌芽、形成等阶段，直接进入全面深入发展阶段，实现了跨越式发展。

石油天然气行业技术监督部门，为推行质量可靠性工作，组织制定了“提高质量可靠性意识，引进国内外先进的质量可靠性工程技术，为提高石油行业的经济效益和社会效益服务”的总体目标。向所属企事业单位提出建立先进性与可靠性并重的质量观念：加强引进项目的质量可靠性审查，开发新产品要有可靠性要求，新修订的石油行业标准（特别是产品与工程标准）要提出可靠性指标要求。

为宣传国家和石油行业有关推行质量可靠性的方针政策，及时报道国内外质量可靠性工程技术的新成果、新动态，交流石油行业推行质量可靠性工程技术研究和应用技术成果与工作经验，石油行业技术监督部门组织创办了《可靠性工程》杂志，在《石油工业技术监督》杂志上开辟了“质量可靠性”与“质量可靠性讲座”栏目，出版可靠性专辑，编发了《可靠性工作动态》。这些期刊为迅速普及质量可靠性技术知识，及时交流质量可靠性研究与应用成果提供了园地。

石油行业在开展质量可靠性工程基本知识培训、进行可靠性技术咨询，参加国际会议、聘请外国专家来华讲学，对现场的产品进行质量可靠性分析、寿命评估和故障诊断，制定产品的可靠性标准，对产品进行可靠性评定等方面也已有效开展，并逐步进入大发展阶段。

二、质量与可靠性技术的应用

石油行业推行质量可靠性工程技术，既注重树立正确的思想理念与工作思路，又注重工程技术的实际应用成效，在各个应用领域均取得了明显成绩。

（一）油气勘探开发工程中的应用

地质作用的长期性、复杂性，决定了油气勘探开发工程需要引入质量可靠性技术。人们知道，地质作用是在漫长的时间和复杂的介质中，以巨大的规模进行的，不可能直接观察其实际过程。地质工作的研究只能通过对地质记录的观察、描述，借助各种分析测试手段，对地质信息进行加工、整理，进而通过推断来说明地质过程。因此，地质分析的每一个阶段，每一个结果，都会带有一定程度的不确定性。而质量可靠性工程技术，正是以概率统计为理论基础，对具有随机性特点的分析对象，探索其广义的因果关系的一门工程技术。《可靠性技术在石油勘探研究领域中的应用》将质量可靠性工程技术引入石油地质勘探领域，通过引入可靠性设计、可靠性试验、可靠性优化、可靠性管理和可靠性数据处理等各项可靠性工程技术，使分析结果更为科学可靠。对减少石油勘探风险，迅速准确地发现油田，具有重大的现实意义。

但质量可靠性技术在该方面的应用的程度还很小，油田开发系统的各分系统发展很不平衡，质量体系运行有效性同国外先进水平相比还有很大的差距。一般油田在开发方案中还只是论证其工艺技术方面，不进行质量可靠性研究论证，质量保证手段缺乏。

（二）在钻井工艺方案设计中的应用

在钻井参数的优化过程中，通过分析，确认地层岩石可钻性的随机性，推定钻头磨损系数、钻头寿命、钻头进尺等都是随机变量，提出了具有可靠性约束的钻井参数优化方法，建立了多元随机钻井模式，使优化模型更符合实际，提高了钻井速度，取得了实实在在的效益。

（三）在石油钻采设备、石油化工设备和油田地面工程技术中的应用

通过可靠性技术20年来的工程应用，石油化工系统和石油院校的专家、学者和众多研究者已发表了研究论文近千篇，研究对象已遍及石油钻采设备、石油化工设备、油气田地面工程以及油气田地震减灾防灾系统，甚至深入到设备的零部件。研究内容涉及可靠性的分配和预计、故障树分析、寿命预测、可靠性指标的确定、可靠性数字仿真等。采用了众多不同研究方法和手段，如模糊数学的理论、结构有限元理论、灰色决策理论、概率动力学理论等，对上述研究对象可靠性的各个层面进行了深入的研究和分析。开展了《石油化工产品的质量可靠性特征》《现场寿命数据分析与可靠性评估》《冰区海上采油平台极端冰载下断裂的可靠性分析》《油管寿命可靠性分析》《石化设备可靠性维修的方法与途径》《牙轮钻头系统可靠性分析方法研究》等多个可靠性研究应用项目，或建立理论模型，或创造直接经济效益，均取得了明显的成效，集中反映了行业质量可靠性推广应用工作的绩效，并得到了多项研究成果，如F－1300三缸泵可靠性设计与研究、现役井架承载能力可靠性评定、防喷器闸板胶芯实效分析、套管头可靠性设计、输油泵可靠性评估、抽油杆的可靠性评定、采气井口装置故障树分析、现役采气树系统可靠性仿真。

目前，对设备维修的观念正在发生转变，且越来越注重维修的科学性和经济性。利用广义可靠性的内涵，对在役设备的维修管理，提出了设备维修方案的可靠性对策。如以石油钻机为研究对象，利用可靠度理论，确立了石油钻机的故障树，计算了系统及各基本部件的可靠性参数，对钻机系统进行了瞬时可靠度分析，同时，确定了石油钻机系统的可靠度指标，得到了石油钻机各基本部件的可靠度函数。同时建立了以可靠度为准则的维修管理及经济评价模型。利用该模型，可以提高现场设备管理的效率，节约经济投入，使石油钻机系统的维修管理达到科学化、信息化的水平。

（四）在油田生产设备标准化中的应用

为推进石油石化行业质量可靠性工作，保证质量可靠性工作的持续发展，进一步在石油石化行业中自觉应用质量可靠性技术，使质量可靠性工作与企业的发展和技术的进步紧密结合，逐步改变质量可靠性工作行政强力推行的方式，而成为市场驱动的自觉意识，石油石化行业质量技术监督部门，强化实施可靠性标准体系的建设，已发行了多项质量可靠性行业标准，如《石油钻采设备可靠性通用规则》《三缸单作用钻井泵可靠性考核评定规范》《石油装备可靠性考核评定规范制定导则》《抽油泵可靠性评定规范》《抽油杆可靠性评定规范》《石油钻采设备可靠性预计方法》《石油钻机用井架承载能力监测评价方法》等。以及石油钻机用柴油机、三缸单作用泵、链条抽油机、数控地震仪、单螺杆抽油泵、石油修井用动力钳的可靠性指标或行业可靠性标准。

这些标准的制定和颁布，极大地促进了质量可靠性工作的开展和深入，实践表明利用标准的方式推行质量可靠性技术和方法是适合我国国情的好方法。

三、石油石化行业质量与可靠性技术展望

随着科学技术的快速发展，各种技术相互渗透、相互影响，产品的设计已体现出综合性和并行性，即综合产品与过程开发。将产品从方案设计开始到生产及现场保障的所有活动综合起来，由不同专业的各类人员利用各种专门技术和工具，集中智慧、相互协同，同步优化产品设计、制造和保障过程，从而获取系统整体性能最优产品。目前，美国和欧洲正推广这种综合质量管理、质量保证、产品保证和可信性管理方法。

加强质量与可靠性管理、设计、分析的计算机辅助工具的开发，推进质量与可靠性工作的自动化，已成为质量与可靠性技术发展的主要趋势。这对于保证质量与可靠性设计与分析的正确性，提高质量与可靠性工作的技术管理水平，缩短产品的研制周期，以及质量与可靠性新技术的推广应用，将有巨大的促进作用。

信息化也是质量与可靠性技术发展的必然走向。数字化水平的提高将带来质量与可靠性仿真试验等技术的突破。计算机动态仿真技术将广泛应用于设备研制，极大地提高设备可靠性验证的技术水平。质量与可靠性技术信息的自动化和数字化将进一步提高质量与可靠性的管理水平与管理效率。

质量与可靠性工作要深入、要精细化、要深入认识各种失效模式及其失效机理。在美国山地亚国家实验室提出的以失效物理为基础的可靠性工程方法，强调在产品工作原理样机开发的同时组织研究产品的制造工艺、失效机理、失效模式和失效模型，运用系统工程方法开展产品研制，使产品具有故障告警和维修预测功能。

同时，应加大在油气勘探开发工程引入质量可靠性工程技术的力度，减少石油勘探风险，减低油田开发的早期成本。对工作环境条件复杂、环境参数变化大、设备需要昼夜连续运行的恶劣使用条件的石油装备的设计、制造和使用，可以借鉴和吸收国内外军用装备的质量可靠性工程技术经验。对石油天然气过程型企业的产品，如地质勘探、钻井、固井、测井、采油作业、油田开发方案等，可以借鉴有形产品的质量与可靠性工程技术，实现跳跃式的发展。

在技术全球化的影响下，质量与可靠性技术在石油石化行业中已越来越得到广泛的重视，必将得到加速推广和应用。质量可靠性标准体系的建立和完善、质量工程学等最新技术理论的应用和设备可靠性工作的普及，将极大地增强了石油产品的竞争力和生存力。由此可见，质量与可靠性技术必将成为石油工业技术体系中的一个重要分支。