RAMS培训教材之一(RAMS概念及参数)

1Mr.ShiYuQuan15651889821轨道交通RAMS基本概念和参数体系陈晓彤RAMS培训教材之一：内容安排12RAMS基本概念RAMS相互关系34RAMS参数体系RAMS工作意义RAMS基本概念Reliability－可靠性Availability－可用性Maintainability－维修性Safety－安全性“五性”＝可靠性＋维修性＋保障性＋测试性＋安全性1可靠性可靠性产品的是产品在规定的条件下运行时，在规定的时间内保持规定功能的能力。可靠性的概念有以下特征：•关注故障•判定故障发生的可能性，用定量的形式表达；•评价故障对系统功能的影响程度。•可靠性的定量衡量参数为可靠度或MTBF，是概率参数。可靠性表征产品故障的频繁程度和危害程度，是产品的一种固有属性，主要由设计决定，可靠性设计和分析的主要任务是降低故障发生的概率和降低故障的影响。可靠性（Reliability）1.1故障故障－不能满足规定的功能故障的种类：功能丧失功能降低Surprise！故障的可恢复性软故障－没有物理损伤硬故障－有物理损伤规定功能常用故障判据逆向表达性能界限过应力设计裕度正常工作区破坏极限工作极限技术规范故障类别－EN50126序号故障分类系统故障模式运行影响说明1重大完全失效铁路产品不能运行造成服务延误超过规定时间或产生超过规定水平的费用2主要致命性功能失效紧急运行1为使系统达到规定的性能必须做出调整3较小非致命性功能失效紧急运行2没有妨碍系统达到规定的功能，但有非致命性功能缺失。4轻微故障可以忽略的功能失效正常运行产生非计划性维修维修性维修性是产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序方法进行维修时，保持或恢复到其规定状态的能力。维修性的概念具有以下特征：•关注故障，是针对故障的一种活动；•维修性的定量衡量参数为平均维修时间（MTTR，MTTM），是时间参数。维修性表征产品预防故障和修复故障的能力，表达产品维修的难易程度，是产品设计所赋予的一种固有属性。维修性设计和分析的主要任务是建立以可靠性为中心的维修设计（RCM－ReliabilityCenterMaintainability），相当于容易发生故障的地方容易修复。维修性（Maintainability）1.2维修性要素可修可修产品－故障不可修产品－失效能修能检测能定位能到达能更换易修修得快－定位快、维修快、确认快修得好－修如旧、修如新维修类别维修类别包括：预防性维修－预防故障的维修，是计划性的，常称为维护或保养；修复性维修－处理故障的维修，是非计划性的，常称为修理或修复。隔离启动准备分解更换结合调整检验可用性可用性是产品在任意一个随机时刻处于可用状态的能力。可用性常用可用时间占总时间的比值来描述，即：•可用性＝可用时间/（可用时间＋不可用时间）可用性是可靠性、维修性和运用保障的综合特性：•可靠性越好，则可用时间越长；•维修性越好，则维修时间越短，不可用时间越短；•运用保障特性越好，则维修等待时间越短。可用性（Availability）1.3可用性示意图安全性安全性是指产品不发生系统危险事件（HazardEvent，也称为事故）的能力。安全性的概念具有以下特征：关注危险，铁路产品的危险包括：•违反政府法规•人员伤亡•重大财产损失•环境破坏涉及到在各种环境条件和工作条件下，在运营、维护和维修过程中发生的所有危险；故障是危险的主要来源，危险性故障是全部故障的子集。安全性（Safety）1.4内容安排12RAMS基本概念RAMS相互关系34RAMS参数体系RAMS工作意义保障系统技术系统可用性可靠性保障性维修性器件质量应力和负载环境结构容差发生二级故障的概率设备的运输等RAMS的关系2RAMS关系可用性可靠性保障性维修性技术系统后勤系统故障识别故障原因判定可达性模块化部件维修时间部件更换时间部件的运输测试性维修资源的要求RAMS关系可用性可靠性保障性维修性技术系统后勤系统备件供应保障体系运输策略维修时间备件订货/交货时间保障设备的可利用性专业人员工具RAMS关系可靠性vs.质量可靠性是产品质量的核心，但是质量工作不能代替可靠性工作产品的可靠性主要是由产品的设计决定的，设计决定了产品的固有可靠性RAMVs.S可靠性是安全性的保证安全性考虑的因素更多，有专门的安全性分析技术要考虑维修维护过程中的安全性影响RAMS的因素系统状态－SystemConditions工作条件－OperatingCondition维修条件－MaintenanceCondition环境越恶劣可靠性越差•温度应力会提高产品的故障率•振动应力会加速产品的疲劳•湿度和化学应力会缩短产品的寿命环境应力和可靠性一般是指数关系：•温度－Arrhenius•振动－Coffin-Manson•湿度和其他－Eyring有意施加恶劣的环境应力进行试验可以高效地暴露产品缺陷。可靠性与环境1.1铁路产品运行环境功能状态故障状态安全相关的故障模式危险事件干扰威胁可靠性后果RAMS的关联性内容安排12RAMS基本概念RAMS相互关系34RAMS参数体系RAMS工作意义产品特性3RAMS的工程意义效能能力可用性设备性能人的能力可靠性保障性维修性效能系统的寿命周期费用（LifeCycleCosts，以下简称LCC），是指在系统的整个寿命周期内，为获取并维持系统的运营（包括处置）所花费的总费用。系统寿命周期费用构成示意图寿命周期费用LCC冰山发达国家轨道交通行业的RAMS工程已经发展到了一个比较先进的水平，建立了系统的RAMS行业标准，形成了完整高效的工作体系，具备先进的设计分析技术、有效的验证方法等一整套RAMS工程技术支撑。在产品管理过程中，高效地运用RAMS技术，实施全方位的安全性与可靠性管理，有效地控制了产品风险，保证了产品安全性和可靠性，降低产品全寿命周期费用，提高了铁路、地铁、城市轨道等轨道交通工具的质量保证能力和可用性。RAMS是系统工程技术之一，也是世界先进轨道交通行业普遍采用的关键技术，法国、日本、英国、德国、美国等发达国家和地区均在轨道机车车辆方面成功地实施了RAMS工程，其中以欧洲国家为代表，不仅建立了RAMS系列标准，使RAMS工程实现了系统化的发展，还在很大程度上推广了RAMS工程，使轨道交通的可靠性、维修性和安全性等指标得到了显著的提高。国外RAMS背景我国轨道交通行业的RAMS工程尚处于起步状态，局部建立了质量与可靠性信息系统，利用各研发、生产和使用单位提供的质量与可靠性信息进行分析和评价；重点产品应用了一些RAMS工程技术，例如基于安全系数的可靠性工程设计、故障模式影响分析、故障树分析、可靠性试验等。这些技术的应用对提高轨道交通工具的安全性和可靠性起到了一定作用，还不够系统化，可靠性技术的应用范围还受到很大局限：•没有建立系统的RAMS工程体系•缺乏行业RAMS标准和指导性文件•目前的RAMS工程技术尚不能完全满足行业需要，缺乏RAMS专业人员•缺乏行业RAMS信息数据库•产品的运营故障率较高国内RAMS背景第一，保障铁路产品的安全运营的需要。•轨道交通安全第一，机车车辆的工作环境非常严酷，对产品的可靠性水平要求较高；同时由于近年来机车车辆的大幅提速，对机车的安全、可靠、稳定运营提出了进一步的要求。第二，与国际先进水平接轨的需要。•我国大量引进国外的轨道装备产品和技术；伴随着引进，南北车集团的下属企业开始了与国际领先公司的技术合作与配套供应，合作过程中，作为供应链上游的国外厂商，分别对我国内企业提出了相应的RAMS要求，强制要求进行FMECA、FRACAS和LCC等各项工作。第三，降低寿命周期费用（LCC）的需要。•轨道交通产品的使用和维护费用很高，往往超过了采购成本，通过RAMS技术的推动和运用，为LCC的分析和控制提供了技术支持，通过RAMS工程技术的推广应用，权衡产品运营、维护维修策略、备件储备和供应等方面要素，分析寿命费用的关键因素，降低寿命费用水平。开展RAMS的紧迫性现代设计思想的转变性能向效能的延伸采购费用向寿命周期费用的延伸有何问题Questions?内容安排12RAMS基本概念RAMS相互关系34RAMS参数体系RAMS工作意义RAMS参数体系对于铁路产品的“系统要求”阶段，需要提出并确定系统RAMS技术要求，并形成文档，随后将系统要求分配到分系统和设备中去。铁路产品各级产品的RAMS活动都是围绕RAMS要求进行的，包括定义、分配、实现、评估和验证等活动。RAMS要求分类：•定性要求－提出了应当开展的RAMS的工作项目和工作要求，通常采用评审的方法进行确认；•定量要求－是基于RAMS的技术参数提出的，一般通过评估和验证的方法进行确认。4RAMS的参数和指标RAMS参数是产品RAMS定量化描述的数学属性，RAMS参数体系是某种产品RAMS的参数的集合；RAMS指标是产品某一RAMS参数的要求值，RAMS指标体系是所有RAMS参数的要求值。铁路产品可靠性参数体系参数符号量纲备注平均故障间隔时间MTBF时间，距离，周期当量纲取距离时，也可以用MDBF表示当量纲取周期时，也可以用MCBF表示故障率λ故障／时间，距离，周期平均首次故障时间MTTF时间，距离，周期当量纲取距离时，也可以用MDTF表示可靠度R(t)无量纲MTBF针对不同的故障类型进行分类：1类故障－MTBF12类故障－MTBF23类故障－MTBF34类故障－MTBF41，2，3类故障－MTBF4.1平均故障间隔时间－MTBFMTBF(MeanTimeBetweenFailures)是铁路产品主要的可靠性参数，适用于铁路产品的整车系统及下属各级产品，为累积工作时间除以累积故障次数。平均故障间隔时间（MTBF）的计算公式如下：MTBF=anicirt1式中：n–产品总数tci－第i个产品的工作时间ra－累积故障次数千万不能搞混例如:寿命:产品能有价值存活的时间长度，是时间特性。MTBF:它体现了在寿命期内的发生故障的强度，是概率特性。MTBF不是寿命！产品典型设计寿命典型MTBF继电器15,000次55,000次按钮3million12million电视机15years68years人（71,74）年39年故障率λ故障率（FailureRate）：定义：工作到某时刻尚未发生故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率。单位：一般为10-6/小时或10-9/小时（fit）计算：故障次数除以总工作时间是MTBF的倒数：MTBF1TB=交付时间点TW=耗损时间点早期失效期偶然失效区耗损失效区TwTB制造缺陷工艺缺陷元件缺陷固有缺陷耗损故障时间失效率浴盆曲线浴盆曲线时间瞬时故障率制造和筛选可靠性预计和验证耗损机理分析早期故障随机故障耗损故障...开箱合格率...预计和试验与环境和应力相关的疲劳和衰减机理增加检查点改善抗恶劣环境设计老化试验环境应力筛选试验可靠性评估可靠性预计可靠性增长试验高加速寿命试验材料特性使用数据积累和分析加速寿命试验系统寿命模型浴盆曲线的进一步说明MTBFteR1.0000.368t0.0180.606Reliabilityt00.01xMTBF0.1xMTBF0.5xMTBF1xMTBF4xMTBF10xMTBF100xMTBF1.0000.9900.9050.6060.3680.0184.54E-53.72E-44可靠度－Reliability铁路产品维修性参数体系参数符号量纲备注平均修复时间MTTR时间平均维修时间MTTM时间当表示平均预防性维修时间时，用MTTMp表示平均维修间隔时间MTBM时间，距离，周期当量纲取距离时，也可以用MDBM表示当量纲取周期时，也可以用MCBM表示当表示平均预防性维修间隔时间时，用MTBMp表示4.2平均故障间隔时间－MTTRMTTR（MeanTimeToRestore）表示针对发生故障的产品，平均恢复产品功能所需的