車輛RAMS技術運用和實踐

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現代軌道交通車輛系統日益復雜和龐大，同時又要求列車安全運營、準點到站，這對列車系統的安全性、可靠性等綜合特性提出了挑戰。列車是否安全、可靠、好修，直接關系到列車的運營服務質量和運營維修成本。當前，隨著國際鐵路行業標準(IRIS)體系推廣以及用戶對車輛rams(可靠性，可用性，可維修性，安全性)要求的不段提升，全國各車輛主機廠紛紛推行RAMS工程技術。筆者經歷了幾個城市軌道交通項目投標、合同談判、項目執行、質保期可靠性驗證的全部過程，積累了一定的RAMS工作經驗，在此與大家共勉勵。

1RAMS管理體系

1．1建立公司RAMS管理體系

RAMS管理的涉及面很廣，它與公司設計開發、生產制造、質量管理和采購部(子系統供方管理)發生聯系，當前也與公司的培訓部門有關。因此，需要成立一個公司級的RAMS領導機構。它是全公司開展RAMS工作的基礎和保障。該領導機構建議以總經理或總工程師為首，由設計開發部門、工藝技術部門、質量管理部門、采購部門(子系統供方管理)的負責人或骨干組成，日常業務可由質量管理部管理。RAMS管理組織架構如表1所示。

1．2對供應商的RAMS監管

根據列車故障信息統計，約70%以上的列車故障來源于子系統供方。以系統集成為主的公司，應加強子系統供方的監管，并要有相應專業背景的工作團隊。

1．2．1推薦的分包商每個公司都有專門的供方管理機構，也有專用的《供方管理程序》，需要在供方選擇、評估、確定的流程中增加RAMS和全壽命周期費用(LCC)要求。

1．2．2對供應商的RAMS管理(1)與供應商簽訂的技術合同(協議)中，應詳述RAMS工作要求，將系統的總體RAM(可靠性、可用性、可維修性)指標分配給各子系統，保證總體RAM目標理論上滿足要求。(2)要求供應商及時開展RAMS工作，協調、監督并審核供應商的RAMS活動和提交文件。(3)項目執行過程中，供應商應定期(如每月)參加RAMS工作會議，推進RAMS工作，使RAMS工作與項目同步，保證其與供應商之間的接口有良好的溝通。(4)對子系統提供的RAM指標進行總體預計和分析，通過預計發現系統薄弱環節，改進有潛力的子系統，以保證總體RAM指標滿足要求。最終，總體RAM指標應滿足設計最低可接受值。RAM指標通過，設計定型完成。

1．2．3供應商的RAMS工作鑒于當前國內軌道交通行業的現狀，不建議對子系統RAM指標進行單獨的驗證。建議子系統RAM指標隨整車運營考核，每月月末進行RAM評估，連續12個月達到子系統RAMS指標視為合格;子系統RAMS指標未達到要求的，子系統供方應進行改進，直至達到RAM指標。

1．3內部RAMS審核

內審是在公司內部推行RAMS工作的一項重要手段。適時進行RAMS審核，可發現問題，實施跟蹤，糾正不合格項，并驗證糾正措施的實施。審核內容分為例行審核、動態審核和追加審核。為方便推進RAMS工作和不增加額外的工作量，此項工作建議與質量內審結合進行。

2列車的安全性

2．1安全風險管理

隨著軌道交通安全性標準(GB/T21562—2008，IEC62278:2002，EN50126)的出臺，安全風險管理將成為軌道交通提升安全性不可缺少的設計及管理技術。傳統安全管理與現代風險管理的對比見表2。

2．2安全性分析方法

2．2．1隱患識別收集和匯總公司產品或同類產品在國內外已發生的安全事故信息，組織相關技術人員進行初步的分析，建立主要隱患清單(見表3)，供技術人員設計時考慮。在隱患識別方面，應重點考慮單點故障及重要安全電路(如車門控制、車門環路、制動環路等)導致的隱患。

2．2．2隱患登記及減輕措施方案根據隱患清單建立公司內或同行業的《隱患登記冊》。隱患登記的主要內容包括:編號、部件、隱患類別、隱患說明、可能原因、影響或后果、原有風險等級、建議減輕措施、剩余風險等級、管控單位、減輕措施類別、驗證減輕措施方法、狀態完成情況等。建議采用表格形式，方便設計師填寫和RAMS工程師跟進管理。

2．2．3風險等級評估風險分析按照GB/T21562—2008及IEC62278:2002方法執行。采用“頻率－后果”矩陣的形式，評估風險分析結果、風險分類和風險驗收。風險矩陣見表4。表中，R1表示必須消除的風險;R2表示當風險減少不可行時，應經軌道交通主管部門或安全規章主管部門同意后方可接受;R3表示采用充分控制并經軌道交通主管部門同意后方可接受;R4表示有或無軌道交通主管部門同意都可接受的風險。

2．2．4隱患的減輕措施由RAMS工程師組織設計師、工藝師等提出減輕風險的措施，首先考慮設計，其次是制造，最后考慮運營及維修方面。各階段考慮的主要內容為:(1)設計———冗余，保護設施，材料分析，負載分析計算;(2)制造———工藝標準，檢測，驗收，試驗;(3)運營———危害的處理程序，警告標志，員工訓練;(4)維修———定期維修，檢查，測試設備，維修程序。

2．2．5驗證減輕措施每一個隱患減輕措施都應有對應的安全驗證方法。由RAMS工程師對其進行跟蹤管理和落實，并對完成狀態進行統計和通報，直到所有減輕措施正式完成。安全驗證的主要方法包括:(1)實驗室內進行的試驗;(2)供貨商廠內進行的試驗;(3)調試試驗;(4)型式試驗;(5)模擬試驗。

2．2．6安全原則及規范要求的符合性評估首先應列舉所采用的設計原則、運營安全原則、工業守則或法例。在設計完成前，應逐條評估系統設計是否符合相關的安全要求。已識別的安全要求或功能，應在試驗階段對其進行安全驗證，證明設計符合所需的安全功能或標準要求。安全驗證可包括在安全關鍵設備的型式試驗和調試試驗中。在車輛試運營前，應完成全部安全驗證工作，并確認完全符合所需的安全功能和標準要求。以上內容建議用表格形式完成，形象直觀，便于管理。

2．2．7安全分析報告內容安全分析報告通常包括以下兩部分內容:第一部分，安全原則及規范要求的符合性評估;第二部分，故障樹分析(FTA)報告。

2．3安全性小結

產品安全是公司運作的前提和基礎，在設計過程中應有一票否決權。如果產品存在風險等級不能接受的安全隱患，那就無從談起產品的性能、可靠性、維修性等。產品安全性工作復雜、繁瑣，許多細節往往容易被忽略。應將安全工作視為公司的“國防、公安”，將其作為重點工作來抓，如果只是當成“保安”工作來抓，產品安全性工作將很難開展或大打折扣。

3列車的可靠性、可用性及可維修性(RAM)

3．1列車系統RAM分析及方法

3．1．1子系統的可靠性分配對全車各組成子系統進行分類，建立全車的基本可靠性模型和框圖。該模型為全串聯模型。結合可靠性框圖，根據列車的合同指標平均無故障時間(MTBF)，對整車的可靠性指標進行逐級分配，完成從整體到局部的分解?？煽啃苑峙涑Ｓ霉綖?λi=Ki•λs式中:λi———子系統故障率;λs———整車故障率;Ki———子系統故障率百分比。對有產品故障數據庫的公司，建議用比例法進行分配;對暫時沒有產品故障數據庫的公司，建議用評分法計算故障百分比。可靠性分配使各供應商和各開發人員明確設計要求，保證總體RAM目標理論上滿足要求。

3．1．2故障模式及影響分析故障模式及影響分析(FMEA)是在產品設計或工藝設計過程中，通過對產品所有組成單元或工序潛在的各種故障模式及其影響進行分析，提出可能采取的預防改進措施，以提高產品安全性和可靠性的一種設計方法或工藝分析方法。它是一種預防性技術，是事先的行為，也是開展故障導向安全設計的基礎。FMEA為系統的可靠性預計和安全性評價提供依據。建議車輛公司參考汽車行業的FMEA表格建立適合本公司的FMEA表。FMEA分析過程注意事項如下:(1)應建立產品分層架構表或工序表(這樣不會造成漏件或漏工序);(2)應建立產品的故障模式庫(有助于設計師分析時考慮全面);(3)必須由設計師、工藝師填寫FMEA表(有助于FMEA技術在設計、工藝中應用);(4)對FMEA表中提出的設計、工藝改進措施，應進行審查和驗證。

3．1．3系統的可靠性預計可靠性預計是針對產品成熟期的可靠性水平進行的，設計完成時，應完成產品的可靠性預計。預計時應考慮設計、工藝改進的潛力和整個研發過程中的可靠性增長。

3．2列車系統RAM預計實例

軌道交通車輛系統極為復雜，元器件數量過多，任務可靠性框圖也較復雜。本文介紹一種實用預計方法。(1)建立產品RAM預計表:建立表5所示的產品RAM預計表，按子系統→部件→組件→零件，建立整車的分層架構，分層至可更換組件層面(表5的第二列)。(2)填寫產品RAM預計表:設計師填寫產品RAM預計表，并在產品故障影響欄中(掉線、晚點)作出標記，納入任務可靠性考慮，并作為任務可靠性預計的依據。(3)掉線(或延誤)任務可靠性預計:應用元件計數法，將表5中掉線(或延誤)欄中標記為Y的工作失效率相加，將影響列車掉線(或晚點)的元器件工作失效率相加，計算整車的掉線(或延誤)λ或MTBF。根據現車統計，掉線(或延誤)的MTBF約為10000h。(4)基本可靠性預計:根據表5中的數據，應用元件計數法，將所有零部件故障率相加，計算整車的λ或MTBF。根據現車統計，整車的MTBF在100～200h之間。(5)維修性預計:根據表5中的數據，按以下公式，利用EXCEL表格可很方便地計算平均修復時間(MTTR，式中表示為tMTTR)。tMTTRs=∑ni=1(tMTTRi•λi•Ni)∑ni=1(λi•Ni)式中:Ni———設備數量。(6)備品備件預計:根據表5中產品每年的故障數，建立備品備件庫，避免浪費。(7)可用性計算:通過上述計算得到MTBF和MTTR，按公式可計算列車的可用性。車輛的可用性約為96%。

3．3可靠性試驗

實際工程中，部分產品會出現在型式試驗和壽命試驗中表現良好、但在實際運營中故障率較高的情況。因此，建議對關鍵電子設備進行必要的高加速壽命試驗(HALT)。HALT是一種發現缺陷的工序，它通過設置逐級遞增的加嚴的環境應力，來加速暴露試驗樣品的缺陷和薄弱點，并從設計、工藝和用料等諸方面進行分析和改進，從而達到提升可靠性的目的。其最大的特點是設置高于樣品設計運行極限的環境應力，從而使暴露故障的時間大大短于正?？煽啃詰l件下所需的時間。

3．4RAM驗證

RAM驗證期一般從上線運營開始計算，為期2年。此階段列車故障信息收集相對容易和全面，可靠性增長形象直觀，容易接受，效果明顯(見圖1)。RAM驗證期前半年為車輛早期故障期，半年后車輛故障率趨于穩定，進入車輛故障率的穩定期。上線運營后，每月月末應計算車輛可靠性指標，將車輛運營的實際故障率與車輛合同值進行比較(如圖1所示)，待車輛運營實際故障率持續低于合同要求值連續12個月，車輛可靠性通過考核。同時，通過故障曲線可以評估本型號車輛的可靠性水平。

4故障報告及糾正措施系統

建立產品的故障數據庫，是公司開展RAMS工作的基礎。故障報告及糾正措施系統(FRACAS)為產品的預計提供依據，讓產品故障信息在公司內的設計、工藝部門充分流通運轉，不斷改進，提高產品的RAM指標。故障信息包括:每個故障發生的時間、公里數、對列車服務的影響、維護員工到達現場的反應時間、修復時間、關聯故障、故障起因、整改措施等。FRACAS運行的簡化流程圖見圖2。

5結語

綜上所述，RAMS工作流程示意圖見圖3。近幾年，RAMS工程已逐漸在鐵路行業內推廣。隨著國際鐵路行業標準(IRIS)體系的建立，RAMS及LCC(生命期成本)已成為鐵路行業的必要指標，也是國內產品走向國際市場的必備條件。本文是筆者從事RAMS工作多年的一些經驗，歡迎廣大讀者批評指正，共同交流，以提高“中國制造”的安全性、可靠性水平，為振興民族工業貢獻力量。