车辆RAMS技术运用和实践

现代轨道交通车辆系统日益复杂和庞大，同时又要求列车安全运营、准点到站，这对列车系统的安全性、可靠性等综合特性提出了挑战。列车是否安全、可靠、好修，直接关系到列车的运营服务质量和运营维修成本。当前，随着国际铁路行业标准(IRIS)体系推广以及用户对车辆RAMS(可靠性，可用性，可维修性，安全性)要求的不段提升，全国各车辆主机厂纷纷推行RAMS工程技术。笔者经历了几个城市轨道交通项目投标、合同谈判、项目执行、质保期可靠性验证的全部过程，积累了一定的RAMS工作经验，在此与大家共勉励。

1RAMS管理体系

1．1建立公司RAMS管理体系

RAMS管理的涉及面很广，它与公司设计开发、生产制造、质量管理和采购部(子系统供方管理)发生联系，当前也与公司的培训部门有关。因此，需要成立一个公司级的RAMS领导机构。它是全公司开展RAMS工作的基础和保障。该领导机构建议以总经理或总工程师为首，由设计开发部门、工艺技术部门、质量管理部门、采购部门(子系统供方管理)的负责人或骨干组成，日常业务可由质量管理部管理。RAMS管理组织架构如表1所示。

1．2对供应商的RAMS监管

根据列车故障信息统计，约70%以上的列车故障来源于子系统供方。以系统集成为主的公司，应加强子系统供方的监管，并要有相应专业背景的工作团队。

1．2．1推荐的分包商每个公司都有专门的供方管理机构，也有专用的《供方管理程序》，需要在供方选择、评估、确定的流程中增加RAMS和全寿命周期费用(LCC)要求。

1．2．2对供应商的RAMS管理(1)与供应商签订的技术合同(协议)中，应详述RAMS工作要求，将系统的总体RAM(可靠性、可用性、可维修性)指标分配给各子系统，保证总体RAM目标理论上满足要求。(2)要求供应商及时开展RAMS工作，协调、监督并审核供应商的RAMS活动和提交文件。(3)项目执行过程中，供应商应定期(如每月)参加RAMS工作会议，推进RAMS工作，使RAMS工作与项目同步，保证其与供应商之间的接口有良好的沟通。(4)对子系统提供的RAM指标进行总体预计和分析，通过预计发现系统薄弱环节，改进有潜力的子系统，以保证总体RAM指标满足要求。最终，总体RAM指标应满足设计最低可接受值。RAM指标通过，设计定型完成。

1．2．3供应商的RAMS工作鉴于当前国内轨道交通行业的现状，不建议对子系统RAM指标进行单独的验证。建议子系统RAM指标随整车运营考核，每月月末进行RAM评估，连续12个月达到子系统RAMS指标视为合格;子系统RAMS指标未达到要求的，子系统供方应进行改进，直至达到RAM指标。

1．3内部RAMS审核

内审是在公司内部推行RAMS工作的一项重要手段。适时进行RAMS审核，可发现问题，实施跟踪，纠正不合格项，并验证纠正措施的实施。审核内容分为例行审核、动态审核和追加审核。为方便推进RAMS工作和不增加额外的工作量，此项工作建议与质量内审结合进行。

2列车的安全性

2．1安全风险管理

随着轨道交通安全性标准(GB/T21562—2008，IEC62278:2002，EN50126)的出台，安全风险管理将成为轨道交通提升安全性不可缺少的设计及管理技术。传统安全管理与现代风险管理的对比见表2。

2．2安全性分析方法

2．2．1隐患识别收集和汇总公司产品或同类产品在国内外已发生的安全事故信息，组织相关技术人员进行初步的分析，建立主要隐患清单(见表3)，供技术人员设计时考虑。在隐患识别方面，应重点考虑单点故障及重要安全电路(如车门控制、车门环路、制动环路等)导致的隐患。

2．2．2隐患登记及减轻措施方案根据隐患清单建立公司内或同行业的《隐患登记册》。隐患登记的主要内容包括:编号、部件、隐患类别、隐患说明、可能原因、影响或后果、原有风险等级、建议减轻措施、剩余风险等级、管控单位、减轻措施类别、验证减轻措施方法、状态完成情况等。建议采用表格形式，方便设计师填写和RAMS工程师跟进管理。

2．2．3风险等级评估风险分析按照GB/T21562—2008及IEC62278:2002方法执行。采用“频率－后果”矩阵的形式，评估风险分析结果、风险分类和风险验收。风险矩阵见表4。表中，R1表示必须消除的风险;R2表示当风险减少不可行时，应经轨道交通主管部门或安全规章主管部门同意后方可接受;R3表示采用充分控制并经轨道交通主管部门同意后方可接受;R4表示有或无轨道交通主管部门同意都可接受的风险。

2．2．4隐患的减轻措施由RAMS工程师组织设计师、工艺师等提出减轻风险的措施，首先考虑设计，其次是制造，最后考虑运营及维修方面。各阶段考虑的主要内容为:(1)设计———冗余，保护设施，材料分析，负载分析计算;(2)制造———工艺标准，检测，验收，试验;(3)运营———危害的处理程序，警告标志，员工训练;(4)维修———定期维修，检查，测试设备，维修程序。

2．2．5验证减轻措施每一个隐患减轻措施都应有对应的安全验证方法。由RAMS工程师对其进行跟踪管理和落实，并对完成状态进行统计和通报，直到所有减轻措施正式完成。安全验证的主要方法包括:(1)实验室内进行的试验;(2)供货商厂内进行的试验;(3)调试试验;(4)型式试验;(5)模拟试验。

2．2．6安全原则及规范要求的符合性评估首先应列举所采用的设计原则、运营安全原则、工业守则或法例。在设计完成前，应逐条评估系统设计是否符合相关的安全要求。已识别的安全要求或功能，应在试验阶段对其进行安全验证，证明设计符合所需的安全功能或标准要求。安全验证可包括在安全关键设备的型式试验和调试试验中。在车辆试运营前，应完成全部安全验证工作，并确认完全符合所需的安全功能和标准要求。以上内容建议用表格形式完成，形象直观，便于管理。

2．2．7安全分析报告内容安全分析报告通常包括以下两部分内容:第一部分，安全原则及规范要求的符合性评估;第二部分，故障树分析(FTA)报告。

2．3安全性小结

产品安全是公司运作的前提和基础，在设计过程中应有一票否决权。如果产品存在风险等级不能接受的安全隐患，那就无从谈起产品的性能、可靠性、维修性等。产品安全性工作复杂、繁琐，许多细节往往容易被忽略。应将安全工作视为公司的“国防、公安”，将其作为重点工作来抓，如果只是当成“保安”工作来抓，产品安全性工作将很难开展或大打折扣。

3列车的可靠性、可用性及可维修性(RAM)

3．1列车系统RAM分析及方法

3．1．1子系统的可靠性分配对全车各组成子系统进行分类，建立全车的基本可靠性模型和框图。该模型为全串联模型。结合可靠性框图，根据列车的合同指标平均无故障时间(MTBF)，对整车的可靠性指标进行逐级分配，完成从整体到局部的分解。可靠性分配常用公式为:λi=Ki•λs式中:λi———子系统故障率;λs———整车故障率;Ki———子系统故障率百分比。对有产品故障数据库的公司，建议用比例法进行分配;对暂时没有产品故障数据库的公司，建议用评分法计算故障百分比。可靠性分配使各供应商和各开发人员明确设计要求，保证总体RAM目标理论上满足要求。

3．1．2故障模式及影响分析故障模式及影响分析(FMEA)是在产品设计或工艺设计过程中，通过对产品所有组成单元或工序潜在的各种故障模式及其影响进行分析，提出可能采取的预防改进措施，以提高产品安全性和可靠性的一种设计方法或工艺分析方法。它是一种预防性技术，是事先的行为，也是开展故障导向安全设计的基础。FMEA为系统的可靠性预计和安全性评价提供依据。建议车辆公司参考汽车行业的FMEA表格建立适合本公司的FMEA表。FMEA分析过程注意事项如下:(1)应建立产品分层架构表或工序表(这样不会造成漏件或漏工序);(2)应建立产品的故障模式库(有助于设计师分析时考虑全面);(3)必须由设计师、工艺师填写FMEA表(有助于FMEA技术在设计、工艺中应用);(4)对FMEA表中提出的设计、工艺改进措施，应进行审查和验证。

3．1．3系统的可靠性预计可靠性预计是针对产品成熟期的可靠性水平进行的，设计完成时，应完成产品的可靠性预计。预计时应考虑设计、工艺改进的潜力和整个研发过程中的可靠性增长。

3．2列车系统RAM预计实例

轨道交通车辆系统极为复杂，元器件数量过多，任务可靠性框图也较复杂。本文介绍一种实用预计方法。(1)建立产品RAM预计表:建立表5所示的产品RAM预计表，按子系统→部件→组件→零件，建立整车的分层架构，分层至可更换组件层面(表5的第二列)。(2)填写产品RAM预计表:设计师填写产品RAM预计表，并在产品故障影响栏中(掉线、晚点)作出标记，纳入任务可靠性考虑，并作为任务可靠性预计的依据。(3)掉线(或延误)任务可靠性预计:应用元件计数法，将表5中掉线(或延误)栏中标记为Y的工作失效率相加，将影响列车掉线(或晚点)的元器件工作失效率相加，计算整车的掉线(或延误)λ或MTBF。根据现车统计，掉线(或延误)的MTBF约为10000h。(4)基本可靠性预计:根据表5中的数据，应用元件计数法，将所有零部件故障率相加，计算整车的λ或MTBF。根据现车统计，整车的MTBF在100～200h之间。(5)维修性预计:根据表5中的数据，按以下公式，利用EXCEL表格可很方便地计算平均修复时间(MTTR，式中表示为tMTTR)。tMTTRs=∑ni=1(tMTTRi•λi•Ni)∑ni=1(λi•Ni)式中:Ni———设备数量。(6)备品备件预计:根据表5中产品每年的故障数，建立备品备件库，避免浪费。(7)可用性计算:通过上述计算得到MTBF和MTTR，按公式可计算列车的可用性。车辆的可用性约为96%。

3．3可靠性试验

实际工程中，部分产品会出现在型式试验和寿命试验中表现良好、但在实际运营中故障率较高的情况。因此，建议对关键电子设备进行必要的高加速寿命试验(HALT)。HALT是一种发现缺陷的工序，它通过设置逐级递增的加严的环境应力，来加速暴露试验样品的缺陷和薄弱点，并从设计、工艺和用料等诸方面进行分析和改进，从而达到提升可靠性的目的。其最大的特点是设置高于样品设计运行极限的环境应力，从而使暴露故障的时间大大短于正常可靠性应力条件下所需的时间。

3．4RAM验证

RAM验证期一般从上线运营开始计算，为期2年。此阶段列车故障信息收集相对容易和全面，可靠性增长形象直观，容易接受，效果明显(见图1)。RAM验证期前半年为车辆早期故障期，半年后车辆故障率趋于稳定，进入车辆故障率的稳定期。上线运营后，每月月末应计算车辆可靠性指标，将车辆运营的实际故障率与车辆合同值进行比较(如图1所示)，待车辆运营实际故障率持续低于合同要求值连续12个月，车辆可靠性通过考核。同时，通过故障曲线可以评估本型号车辆的可靠性水平。

4故障报告及纠正措施系统

建立产品的故障数据库，是公司开展RAMS工作的基础。故障报告及纠正措施系统(FRACAS)为产品的预计提供依据，让产品故障信息在公司内的设计、工艺部门充分流通运转，不断改进，提高产品的RAM指标。故障信息包括:每个故障发生的时间、公里数、对列车服务的影响、维护员工到达现场的反应时间、修复时间、关联故障、故障起因、整改措施等。FRACAS运行的简化流程图见图2。

5结语

综上所述，RAMS工作流程示意图见图3。近几年，RAMS工程已逐渐在铁路行业内推广。随着国际铁路行业标准(IRIS)体系的建立，RAMS及LCC(生命期成本)已成为铁路行业的必要指标，也是国内产品走向国际市场的必备条件。本文是笔者从事RAMS工作多年的一些经验，欢迎广大读者批评指正，共同交流，以提高“中国制造”的安全性、可靠性水平，为振兴民族工业贡献力量。