RAMS培訓(xùn)教材之一(RAMS概念及參數(shù))

軌道交通RAMS基本概念和參數(shù)體系

陳曉彤RAMS培訓(xùn)教材之一：內(nèi)容安排12RAMS基本概念RAMS相互關(guān)系34RAMS參數(shù)體系RAMS工作意義RAMS基本概念

Reliability－可靠性

Availability－可用性

Maintainability－維修性

Safety－安全性“五性”＝可靠性＋維修性＋保障性＋測試性＋安全性1可靠性可靠性產(chǎn)品的是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下運行時，在規(guī)定的時間內(nèi)保持規(guī)定功能的能力?？煽啃缘母拍钣幸韵绿卣鳎宏P(guān)注故障判定故障發(fā)生的可能性，用定量的形式表達；評價故障對系統(tǒng)功能的影響程度?？煽啃缘亩亢饬繀?shù)為可靠度或MTBF，是概率參數(shù)?？煽啃员碚鳟a(chǎn)品故障的頻繁程度和危害程度，是產(chǎn)品的一種固有屬性，主要由設(shè)計決定，可靠性設(shè)計和分析的主要任務(wù)是降低故障發(fā)生的概率和降低故障的影響?？煽啃裕≧eliability）1.1故障故障－不能滿足規(guī)定的功能故障的種類：功能喪失功能降低

Surprise！故障的可恢復(fù)性軟故障－沒有物理損傷硬故障－有物理損傷規(guī)定功能常用故障判據(jù)逆向表達性能界限過應(yīng)力設(shè)計裕度正常工作區(qū)破壞極限工作極限技術(shù)規(guī)范故障類別－EN50126維修性維修性是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序方法進行維修時，保持或恢復(fù)到其規(guī)定狀態(tài)的能力。維修性的概念具有以下特征：關(guān)注故障，是針對故障的一種活動；維修性的定量衡量參數(shù)為平均維修時間（MTTR，MTTM），是時間參數(shù)。維修性表征產(chǎn)品預(yù)防故障和修復(fù)故障的能力，表達產(chǎn)品維修的難易程度，是產(chǎn)品設(shè)計所賦予的一種固有屬性。維修性設(shè)計和分析的主要任務(wù)是建立以可靠性為中心的維修設(shè)計（RCM－ReliabilityCenterMaintainability），相當(dāng)于容易發(fā)生故障的地方容易修復(fù)。維修性（Maintainability）1.2維修性要素

可修可修產(chǎn)品－故障不可修產(chǎn)品－失效能修能檢測能定位能到達能更換易修修得快－定位快、維修快、確認(rèn)快修得好－修如舊、修如新維修類別

維修類別包括：預(yù)防性維修－預(yù)防故障的維修，是計劃性的，常稱為維護或保養(yǎng)；修復(fù)性維修－處理故障的維修，是非計劃性的，常稱為修理或修復(fù)。隔離啟動準(zhǔn)備分解更換結(jié)合調(diào)整檢驗可用性可用性是產(chǎn)品在任意一個隨機時刻處于可用狀態(tài)的能力?？捎眯猿Ｓ每捎脮r間占總時間的比值來描述，即：可用性＝可用時間/（可用時間＋不可用時間）可用性是可靠性、維修性和運用保障的綜合特性：可靠性越好，則可用時間越長；維修性越好，則維修時間越短，不可用時間越短；運用保障特性越好，則維修等待時間越短?？捎眯裕ˋvailability）1.3可用性示意圖安全性安全性是指產(chǎn)品不發(fā)生系統(tǒng)危險事件（HazardEvent，也稱為事故）的能力。安全性的概念具有以下特征：關(guān)注危險，鐵路產(chǎn)品的危險包括：違反政府法規(guī)人員傷亡重大財產(chǎn)損失環(huán)境破壞涉及到在各種環(huán)境條件和工作條件下，在運營、維護和維修過程中發(fā)生的所有危險；故障是危險的主要來源，危險性故障是全部故障的子集。安全性（Safety）1.4內(nèi)容安排12RAMS基本概念RAMS相互關(guān)系34RAMS參數(shù)體系RAMS工作意義保障系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)可用性可靠性保障性維修性器件質(zhì)量應(yīng)力和負(fù)載環(huán)境結(jié)構(gòu)容差發(fā)生二級故障的概率設(shè)備的運輸?shù)萊AMS的關(guān)系2RAMS關(guān)系可用性可靠性保障性維修性技術(shù)系統(tǒng)后勤系統(tǒng)故障識別故障原因判定可達性模塊化部件維修時間部件更換時間部件的運輸測試性維修資源的要求RAMS關(guān)系可用性可靠性保障性維修性技術(shù)系統(tǒng)后勤系統(tǒng)備件供應(yīng)保障體系運輸策略維修時間備件訂貨/交貨時間保障設(shè)備的可利用性專業(yè)人員工具RAMS關(guān)系可靠性vs.質(zhì)量可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的核心，但是質(zhì)量工作不能代替可靠性工作產(chǎn)品的可靠性主要是由產(chǎn)品的設(shè)計決定的，設(shè)計決定了產(chǎn)品的固有可靠性RAM

Vs.S可靠性是安全性的保證安全性考慮的因素更多，有專門的安全性分析技術(shù)要考慮維修維護過程中的安全性影響RAMS的因素系統(tǒng)狀態(tài)－SystemConditions工作條件－OperatingCondition維修條件－MaintenanceCondition環(huán)境越惡劣可靠性越差溫度應(yīng)力會提高產(chǎn)品的故障率振動應(yīng)力會加速產(chǎn)品的疲勞濕度和化學(xué)應(yīng)力會縮短產(chǎn)品的壽命環(huán)境應(yīng)力和可靠性一般是指數(shù)關(guān)系：溫度－Arrhenius振動－Coffin-Manson濕度和其他－Eyring有意施加惡劣的環(huán)境應(yīng)力進行試驗可以高效地暴露產(chǎn)品缺陷?？煽啃耘c環(huán)境1.1鐵路產(chǎn)品運行環(huán)境功能狀態(tài)故障狀態(tài)安全相關(guān)的故障模式危險事件干擾威脅可靠性后果RAMS的關(guān)聯(lián)性內(nèi)容安排12RAMS基本概念RAMS相互關(guān)系34RAMS參數(shù)體系RAMS工作意義產(chǎn)品特性3RAMS的工程意義效能能力可用性設(shè)備性能

人的能力

可靠性保障性維修性效能

系統(tǒng)的壽命周期費用（LifeCycleCosts，以下簡稱LCC），是指在系統(tǒng)的整個壽命周期內(nèi)，為獲取并維持系統(tǒng)的運營（包括處置）所花費的總費用。系統(tǒng)壽命周期費用構(gòu)成示意圖壽命周期費用LCC冰山發(fā)達國家軌道交通行業(yè)的RAMS工程已經(jīng)發(fā)展到了一個比較先進的水平，建立了系統(tǒng)的RAMS行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，形成了完整高效的工作體系，具備先進的設(shè)計分析技術(shù)、有效的驗證方法等一整套RAMS工程技術(shù)支撐。在產(chǎn)品管理過程中，高效地運用RAMS技術(shù)，實施全方位的安全性與可靠性管理，有效地控制了產(chǎn)品風(fēng)險，保證了產(chǎn)品安全性和可靠性，降低產(chǎn)品全壽命周期費用，提高了鐵路、地鐵、城市軌道等軌道交通工具的質(zhì)量保證能力和可用性。RAMS是系統(tǒng)工程技術(shù)之一，也是世界先進軌道交通行業(yè)普遍采用的關(guān)鍵技術(shù)，法國、日本、英國、德國、美國等發(fā)達國家和地區(qū)均在軌道機車車輛方面成功地實施了RAMS工程，其中以歐洲國家為代表，不僅建立了RAMS系列標(biāo)準(zhǔn)，使RAMS工程實現(xiàn)了系統(tǒng)化的發(fā)展，還在很大程度上推廣了RAMS工程，使軌道交通的可靠性、維修性和安全性等指標(biāo)得到了顯著的提高。國外RAMS背景我國軌道交通行業(yè)的RAMS工程尚處于起步狀態(tài)，局部建立了質(zhì)量與可靠性信息系統(tǒng)，利用各研發(fā)、生產(chǎn)和使用單位提供的質(zhì)量與可靠性信息進行分析和評價；重點產(chǎn)品應(yīng)用了一些RAMS工程技術(shù)，例如基于安全系數(shù)的可靠性工程設(shè)計、故障模式影響分析、故障樹分析、可靠性試驗等。這些技術(shù)的應(yīng)用對提高軌道交通工具的安全性和可靠性起到了一定作用，還不夠系統(tǒng)化，可靠性技術(shù)的應(yīng)用范圍還受到很大局限：沒有建立系統(tǒng)的RAMS工程體系缺乏行業(yè)RAMS標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)性文件目前的RAMS工程技術(shù)尚不能完全滿足行業(yè)需要，缺乏RAMS專業(yè)人員缺乏行業(yè)RAMS信息數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品的運營故障率較高國內(nèi)RAMS背景第一，保障鐵路產(chǎn)品的安全運營的需要。軌道交通安全第一，機車車輛的工作環(huán)境非常嚴(yán)酷，對產(chǎn)品的可靠性水平要求較高；同時由于近年來機車車輛的大幅提速，對機車的安全、可靠、穩(wěn)定運營提出了進一步的要求。第二，與國際先進水平接軌的需要。我國大量引進國外的軌道裝備產(chǎn)品和技術(shù)；伴隨著引進，南北車集團的下屬企業(yè)開始了與國際領(lǐng)先公司的技術(shù)合作與配套供應(yīng)，合作過程中，作為供應(yīng)鏈上游的國外廠商，分別對我國內(nèi)企業(yè)提出了相應(yīng)的RAMS要求，強制要求進行FMECA、FRACAS和LCC等各項工作。第三，降低壽命周期費用（LCC）的需要。軌道交通產(chǎn)品的使用和維護費用很高，往往超過了采購成本，通過RAMS技術(shù)的推動和運用，為LCC的分析和控制提供了技術(shù)支持，通過RAMS工程技術(shù)的推廣應(yīng)用，權(quán)衡產(chǎn)品運營、維護維修策略、備件儲備和供應(yīng)等方面要素，分析壽命費用的關(guān)鍵因素，降低壽命費用水平。開展RAMS的緊迫性現(xiàn)代設(shè)計思想的轉(zhuǎn)變性能向效能的延伸采購費用向壽命周期費用的延伸有何問題Questions?內(nèi)容安排12RAMS基本概念RAMS相互關(guān)系34RAMS參數(shù)體系RAMS工作意義RAMS參數(shù)體系對于鐵路產(chǎn)品的“系統(tǒng)要求”階段，需要提出并確定系統(tǒng)RAMS技術(shù)要求，并形成文檔，隨后將系統(tǒng)要求分配到分系統(tǒng)和設(shè)備中去。鐵路產(chǎn)品各級產(chǎn)品的RAMS活動都是圍繞RAMS要求進行的，包括定義、分配、實現(xiàn)、評估和驗證等活動。RAMS要求分類：定性要求－提出了應(yīng)當(dāng)開展的RAMS的工作項目和工作要求，通常采用評審的方法進行確認(rèn)；定量要求－是基于RAMS的技術(shù)參數(shù)提出的，一般通過評估和驗證的方法進行確認(rèn)。4RAMS的參數(shù)和指標(biāo)RAMS參數(shù)是產(chǎn)品RAMS定量化描述的數(shù)學(xué)屬性，RAMS參數(shù)體系是某種產(chǎn)品RAMS的參數(shù)的集合；RAMS指標(biāo)是產(chǎn)品某一RAMS參數(shù)的要求值，RAMS指標(biāo)體系是所有RAMS參數(shù)的要求值。鐵路產(chǎn)品可靠性參數(shù)體系MTBF針對不同的故障類型進行分類：

1類故障－MTBF12類故障－MTBF23類故障－MTBF34類故障－MTBF41，2，3類故障－MTBF4.1平均故障間隔時間－MTBF千萬不能搞混例如:壽命:

產(chǎn)品能有價值存活的時間長度，是時間特性。MTBF:

它體現(xiàn)了在壽命期內(nèi)的發(fā)生故障的強度，是概率特性。MTBF不是壽命！

產(chǎn)品

典型設(shè)計壽命

典型MTBF

繼電器 15,000次 55,000次按鈕 3million 12million

電視機 15years 68years

人 （71,74）年 39年故障率λ故障率（FailureRate）：定義：工作到某時刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。單位：一般為10-6/小時或10-9/小時（fit）計算：故障次數(shù)除以總工作時間是MTBF的倒數(shù)：TB = 交付時間點TW = 耗損時間點早期失效期偶然失效區(qū)耗損失效區(qū)TwTB制造缺陷工藝缺陷元件缺陷固有缺陷耗損故障時間失效率浴盆曲線浴盆曲線時間瞬時故障率制造和篩選可靠性預(yù)計和驗證耗損機理分析早期故障隨機故障耗損故障...開箱合格率...預(yù)計和試驗與環(huán)境和應(yīng)力相關(guān)的疲勞和衰減機理

增加檢查點改善抗惡劣環(huán)境設(shè)計老化試驗環(huán)境應(yīng)力篩選試驗

可靠性評估可靠性預(yù)計可靠性增長試驗高加速壽命試驗

材料特性使用數(shù)據(jù)積累和分析加速壽命試驗系統(tǒng)壽命模型浴盆曲線的進一步說明t=4xMTBFt=0.5xMTBF1.0000.368tt=MTBFt=00.0180.606Reliabilityt0 0.01xMTBF0.1xMTBF0.5xMTBF1xMTBF4xMTBF10xMTBF100xMTBF1.0000.9900.9050.6060.3680.0184.54E-53.72E-44可靠度－Reliability鐵路產(chǎn)品維修性參數(shù)體系4.2平均故障間隔時間－MTTRMTTR（MeanTimeToRestore）表示針對發(fā)生故障的產(chǎn)品，平均恢復(fù)產(chǎn)品功能所需的時間MTTR是一個時間參數(shù)，需要考慮各個維修活動所占用的時間MTTR是鐵路產(chǎn)品主要的維修性參數(shù)，通常情況下，也是唯一的維修性參數(shù)。與MTBF相似，MTTR也是可以分類計算的，一般按維修級別（現(xiàn)場級、中間級和車間級）進行分類。MTTR的時間平均維修間隔時間－MTBM平均維修時間－MTTM可用性參數(shù)體系4.3可用度的參數(shù)含義可用度－A可用度為在任意隨機時刻，產(chǎn)品處于可運行狀態(tài)的概率。用以下公式計算：可用度的參數(shù)固有可用度－AiAi（inherentAvailability）指只考慮到故障修復(fù)情況，不進行預(yù)