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(yùn)行時(shí)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)保持規(guī)定功能的能力。可靠性的概念有以下特征：關(guān)注故障判定故障發(fā)生的可能性，用定量的形式表達(dá)；評價(jià)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)。可靠性表征產(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(jì)決定，可靠性設(shè)計(jì)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。可靠性（Reliability）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(dá)性能界限過應(yīng)力設(shè)計(jì)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(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序方法進(jìn)行維修時(shí)，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(shí)間（MTTR，MTTM），是時(shí)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(dá)產(chǎn)品維修的難易程度，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)所賦予的一種固有屬性。維修性設(shè)計(jì)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(jì)（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(dá)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(jì)劃性的，常稱為維護(hù)或保養(yǎng)；修復(fù)性維修－處理故障的維修，是非計(jì)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(yàn)可用性可用性是產(chǎn)品在任意一個(gè)隨機(jī)時(shí)刻處于可用狀態(tài)的能力?？捎眯猿Ｓ每捎脮r(shí)間占總時(shí)間的比值來描述，即：可用性＝可用時(shí)間/（可用時(shí)間＋不可用時(shí)間）可用性是可靠性、維修性和運(yùn)用保障的綜合特性：可靠性越好，則可用時(shí)間越長；維修性越好，則維修時(shí)間越短，不可用時(shí)間越短；運(yùn)用保障特性越好，則維修等待時(shí)間越短。可用性（Availability）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(xiǎn)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(xiǎn)，鐵路產(chǎn)品的危險(xiǎn)包括：違反政府法規(guī)人員傷亡重大財(cái)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(yùn)營、維護(hù)和維修過程中發(fā)生的所有危險(xiǎn)；故障是危險(xiǎn)的主要來源，危險(xiǎn)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(yùn)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(dá)性模塊化部件維修時(shí)間部件更換時(shí)間部件的運(yùn)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(yùn)輸策略維修時(shí)間備件訂貨/交貨時(shí)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(jì)決定的，設(shè)計(jì)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(hù)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(jìn)行試驗(yàn)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(yùn)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(xiǎn)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(fèi)用（LifeCycleCosts，以下簡稱LCC），是指在系統(tǒng)的整個(gè)壽命周期內(nèi)，為獲取并維持系統(tǒng)的運(yùn)營（包括處置）所花費(fèi)的總費(fèi)用。系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用構(gòu)成示意圖壽命周期費(fèi)用LCC冰山發(fā)達(dá)國家軌道交通行業(yè)的RAMS工程已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)比較先進(jìn)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(jìn)的設(shè)計(jì)分析技術(shù)、有效的驗(yàn)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(yùn)用RAMS技術(shù)，實(shí)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(xiǎn)，保證了產(chǎn)品安全性和可靠性，降低產(chǎn)品全壽命周期費(fèi)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(jìn)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(dá)國家和地區(qū)均在軌道機(jī)車車輛方面成功地實(shí)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(shí)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(jìn)行分析和評價(jià)；重點(diǎn)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(jì)、故障模式影響分析、故障樹分析、可靠性試驗(yàn)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(yùn)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(yùn)營的需要。軌道交通安全第一，機(jī)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(shí)由于近年來機(jī)車車輛的大幅提速，對機(jī)車的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)營提出了進(jìn)一步的要求。第二，與國際先進(jìn)水平接軌的需要。我國大量引進(jìn)國外的軌道裝備產(chǎn)品和技術(shù)；伴隨著引進(jìn)，南北車集團(tuán)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(qiáng)制要求進(jìn)行FMECA、FRACAS和LCC等各項(xiàng)工作。第三，降低壽命周期費(fèi)用（LCC）的需要。軌道交通產(chǎn)品的使用和維護(hù)費(fèi)用很高，往往超過了采購成本，通過RAMS技術(shù)的推動和運(yùn)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(yùn)營、維護(hù)維修策略、備件儲備和供應(yīng)等方面要素，分析壽命費(fèi)用的關(guān)鍵因素，降低壽命費(fèi)用水平。開展RAMS的緊迫性現(xiàn)代設(shè)計(jì)思想的轉(zhuǎn)變性能向效能的延伸采購費(fèi)用向壽命周期費(fèi)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(jìn)行的，包括定義、分配、實(shí)現(xiàn)、評估和驗(yàn)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(xiàng)目和工作要求，通常采用評審的方法進(jìn)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(yàn)證的方法進(jìn)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(jìn)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(shí)間－MTBF千萬不能搞混例如:壽命:

產(chǎn)品能有價(jià)值存活的時(shí)間長度，是時(shí)間特性。MTBF:

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

產(chǎn)品

典型設(shè)計(jì)壽命

典型MTBF

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

電視機(jī) 15years 68years

人 （71,74）年 39年故障率λ故障率（FailureRate）：定義：工作到某時(shí)刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。單位：一般為10-6/小時(shí)或10-9/小時(shí)（fit）計(jì)算：故障次數(shù)除以總工作時(shí)間是MTBF的倒數(shù)：TB = 交付時(shí)間點(diǎn)TW = 耗損時(shí)間點(diǎn)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(shí)間失效率浴盆曲線浴盆曲線時(shí)間瞬時(shí)故障率制造和篩選可靠性預(yù)計(jì)和驗(yàn)證耗損機(jī)理分析早期故障隨機(jī)故障耗損故障...開箱合格率...預(yù)計(jì)和試驗(yàn)與環(huán)境和應(yīng)力相關(guān)的疲勞和衰減機(jī)理

增加檢查點(diǎn)改善抗惡劣環(huán)境設(shè)計(jì)老化試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)

可靠性評估可靠性預(yù)計(jì)可靠性增長試驗(yàn)高加速壽命試驗(yàn)

材料特性使用數(shù)據(jù)積累和分析加速壽命試驗(yàn)系統(tǒng)壽命模型浴盆曲線的進(jìn)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(shí)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(shí)間MTTR是一個(gè)時(shí)間參數(shù)，需要考慮各個(gè)維修活動所占用的時(shí)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(jì)算的，一般按維修級別（現(xiàn)場級、中間級和車間級）進(jìn)行分類。MTTR的時(shí)間平均維修間隔時(shí)間－MTBM平均維修時(shí)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(jī)時(shí)刻，產(chǎn)品處于可運(yùn)行狀態(tài)的概率。用以下公式計(jì)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(jìn)行預(yù)