軌道交通行業(yè)建立FRACAS信息系統(tǒng)的探討

李豹 曾海云

摘要：本文從故障信息數(shù)據(jù)采集、故障信息傳遞和閉環(huán)流程、故障信息數(shù)據(jù)分析利用角度分析了FRACAS信息系統(tǒng)實施過程，闡述了實施過程的要點，并提出了適合國內(nèi)軌道交通行業(yè)的故障報告閉環(huán)系統(tǒng)流程；分析了在國內(nèi)軌道交通行業(yè)實施FRACAS信息系統(tǒng)中普遍存在的2個重大問題，并提出了解決方法。

關鍵字：FRACAS 可靠性閉環(huán)流程 模塊化設計 產(chǎn)品配置管理

引言

隨著時代地不斷進步和發(fā)展，社會、政府部門和市場對軌道交通產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高。人們對產(chǎn)品不再片面地追求產(chǎn)品性能，產(chǎn)品可靠性已經(jīng)成為衡量產(chǎn)品價值的重要指標之一。據(jù)美國可靠性分析中心（Reliability Analysis Center，RAC）1995年發(fā)布的有關可靠性工作任務的調(diào)查報告，在眾多可靠性任務中，故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)（Failure Report Analysis and Corrective Action System，即FRACAS）得分最高，其重要性已被國際公認。建立FRACAS的目的是及時報告產(chǎn)品故障、分析故障原因，制定和實施有效的糾正措施，以防止故障再現(xiàn)，改善產(chǎn)品可靠性和維修性。FRACAS系統(tǒng)是確保產(chǎn)品固有可靠性水平達到預期的目標值的有效手段。故障報告閉環(huán)系統(tǒng)對于提高產(chǎn)品的使用可靠性，改善其維修性，降低全壽命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）等方面具有重要的作用。

軌道交通市場對產(chǎn)品可靠性的要求越來越高，國內(nèi)許多企業(yè)已經(jīng)實施了FRACAS信息系統(tǒng)。但在實施過程中，易出現(xiàn)與軌道交通行業(yè)不相適應的情況。本文以從故障相關信息的采集、傳遞和閉環(huán)流程和信息利用的角度闡述了在軌道交通行業(yè)中成功實施FRACAS信息系統(tǒng)的一些要點，論述了在國內(nèi)軌道交通行業(yè)中FRACAS信息系統(tǒng)普遍面臨的2個重大問題，并提出了解決方法。

1. 建立RACAS系信息系統(tǒng)的過程探討

在實施FRACAS信息系統(tǒng)之前，企業(yè)也存在故障信息的收集、信息的處理和統(tǒng)計分析的過程。但是往往沒有企業(yè)內(nèi)統(tǒng)一的做法，各單元對信息的統(tǒng)計分析需求不同，各自保存和維護自己的故障信息庫，信息的分類量化標準也不一，導致各業(yè)務單元統(tǒng)計的故障數(shù)據(jù)不一致。

實施FRACAS信息系統(tǒng)的過程就需要整合企業(yè)內(nèi)各業(yè)務單元對故障信息的數(shù)據(jù)采集、整理和統(tǒng)計分析的需求，制定和實施企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)一的故障信息閉環(huán)處理流程，建立滿足各業(yè)務單元需求的故障信息數(shù)據(jù)庫。這場變革只有獲得企業(yè)高層領導者認可和極力支持下建多功能FRACAS實施小組。實施小組的工作內(nèi)容是研究和確定企業(yè)FRACAS信息系統(tǒng)的實施方案，并通過軟件技術(shù)將其進行實現(xiàn)。

FRACAS信息系統(tǒng)由信息采集、信息傳遞和閉環(huán)處理、信息統(tǒng)計分析三大部分組成，信息的采集是FRACAS信息系統(tǒng)的輸入、信息閉環(huán)處理是FRACAS信息系統(tǒng)對故障信息進行加工、故障信息統(tǒng)計分析是FRACAS信息系統(tǒng)的輸出。

1.1 FRACAS信息系統(tǒng)的信息采集

FRACAS信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的收集是FRACAS信息系統(tǒng)的輸入，F(xiàn)RACAS信息系統(tǒng)實施小組可通過以下4個步驟來確定故障相關信息的采集標準。

第一步：實施小組需要調(diào)查研究企業(yè)內(nèi)部各業(yè)務單位對故障信息的利用需求，比如：產(chǎn)品可靠性設計部門需要計算產(chǎn)品的平均無故障公里數(shù)，需要擬合產(chǎn)品的故障率曲線。

第二步：FRACAS實施小組研究確定滿足每個要求，需要采集哪些信息，分析用戶會按照哪些維度對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。比如：計算產(chǎn)品的平均無故障公里數(shù)（MDBF），產(chǎn)品在歷史里程數(shù)據(jù)、產(chǎn)品的故障次數(shù)。

第三步：FRACAS實施小組在統(tǒng)籌企業(yè)需要在FRACAS系統(tǒng)收集的信息之后，明確哪些信息需要進行量化，凡需要進行分類統(tǒng)計和計算的信息字段必須進行量化，最終形成企業(yè)統(tǒng)一的故障信息采集字段，并確定哪些字段需要進行量化。

第四步：FRACAS實施小組需要確定或制定量化字段的量化標準。調(diào)查企業(yè)內(nèi)是否已有量化的標準，或者使用過的量化方法。FRACAS實施小組需要組織制定各字段的量化標準，比如功能系統(tǒng)層次的量化標準，失效模式的量化標準，故障影響等級的量化標準等等。制定的量化標準需要成為公司內(nèi)統(tǒng)一的標準，確保FRACAS信息系統(tǒng)收集的信息在企業(yè)內(nèi)都具有統(tǒng)一的含義。

1.2FRACAS信息系統(tǒng)的故障報告閉環(huán)工作流程

在國軍標GJB841-90 《故障報告、故障分析及糾正措施系統(tǒng)》的應用指南中給出參考的故障報告閉環(huán)系統(tǒng)工作流程圖，推薦的閉環(huán)工作流程是許多行業(yè)實施FRACAS系統(tǒng)閉環(huán)流程的模板，但與國內(nèi)軌道交通行業(yè)的環(huán)境不相適應，軍工行業(yè)的FRACAS系統(tǒng)實施范圍集中在產(chǎn)品研發(fā)過程，批量生產(chǎn)之前已經(jīng)對產(chǎn)品的可靠性進行了驗證，從而FRACAS系統(tǒng)不再介入產(chǎn)品交付使用的階段。而在國內(nèi)軌道交通行業(yè)中實際也不可能對運用過程中的每一個故障進行故障根原因分析，并采取相應的糾正措施，而是按照故障的影響和發(fā)生的頻次來綜合確定是否進行立項攻關，進行根原因分析，制定糾正措施和實施相應的段改活動

圖2GJB841-90提供參考的故障報告閉環(huán)系統(tǒng)工作流程圖

因此軌道交通行業(yè)FRACAS故障報告閉環(huán)流程并不能照搬GJB841-90標準中參考流程。在實施FRACAS信息系統(tǒng)時，將閉環(huán)流程分為2個層次，一個是針對運用現(xiàn)場故障發(fā)現(xiàn)后的故障報告、故障核實（勘察）、故障維修和故障初步分析和責任判定的閉環(huán)流程（小閉環(huán)），另一個是針對批量故障識別成問題之后按照8D問題求解法實施的8D問題糾正措施閉環(huán)流程（大閉環(huán)）。其故障報告閉環(huán)流程圖如下：

圖3 適合軌道交通行業(yè)產(chǎn)品批量運用后的故障報告閉環(huán)流程圖

1.3 FRACAS信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析

對FRACAS信息系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)分析，支持業(yè)務決策是FRACAS信息系統(tǒng)價值所在。對于FRACAS信息系統(tǒng)中故障數(shù)據(jù)庫分析，各企業(yè)往往通過定制相應的報表來實現(xiàn)，比如故障信息周報、月報、產(chǎn)品的平均無故障公里數(shù)（MDBF）計算報表、FRACAS流程監(jiān)控報表等。這也是目前幾乎所有FRACAS信息系統(tǒng)的做法。但是報表需要進行定制開發(fā)，每個報表都是按照特定的需求向決策層進行數(shù)據(jù)分析和展現(xiàn)。定制好的報表死板難以進行交叉分析，比如定制了一個本月各服務網(wǎng)點故障數(shù)的報表和本月各故障等級的故障數(shù)的報表，但需要知道各服務點各故障等級的故障數(shù)時，報表無法給出，除非重新定制新的報表。而在實際業(yè)務分析中往往需要多個角度進行交叉分析，報表難以滿足這樣的需求。

FRACAS信息系統(tǒng)可通過基于數(shù)據(jù)倉庫的聯(lián)機分析處理（OLAP）來解決報表系統(tǒng)問題，并極大提升數(shù)據(jù)分析的功能。在FRACAS信息數(shù)據(jù)庫的基礎上，通過清理、整合企業(yè)內(nèi)部其它與故障信息相關的數(shù)據(jù)源（比如制造過程讓步接收信息、產(chǎn)品制造過程中執(zhí)行的工藝信息）形成數(shù)據(jù)倉庫，并針對特定的問題領域建立多維數(shù)據(jù)集，多維數(shù)據(jù)集支持多個維度（比如：時間、產(chǎn)品、客戶、服務點、功能系統(tǒng)、失效模式、供應商等等）進行交叉聚合分析，而且在這些維度可以進行鉆取、切片切塊、旋轉(zhuǎn)操作。OLAP專門設計用于支持復雜的分析操作，側(cè)重對決策人員和高層管理人員的決策支持，可以根據(jù)分析人員的要求快速、靈活地進行大數(shù)據(jù)量的復雜查詢處理，并且以一種直觀而易懂的形式將查詢結(jié)果提供給決策人員，以便對業(yè)務單元的決策進行支持。使用OLAP技術(shù)對FRACAS信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析將是FRACAS系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用的發(fā)展方向。

2. 軌道交通行業(yè)實施的FRACAS信息系統(tǒng)普遍存在的2個關鍵問題及解決方法

2.1 通過模塊化產(chǎn)品設計使FRACAS系統(tǒng)覆蓋產(chǎn)品設計過程

國內(nèi)軌道交通行業(yè)中產(chǎn)品的研發(fā)幾乎所有的設計輸出文件需要完全重新制作，其中存在大量通用性要求的類似重復設計。FRACAS系統(tǒng)中的故障經(jīng)驗庫，不能主動向設計者提供改進經(jīng)驗，在超短的設計周期下，設計者忙于完成施工設計，特別是開發(fā)人員不同時，以前已經(jīng)發(fā)生過的故障，在新設計的產(chǎn)品中仍然存在，甚至出現(xiàn)新的設計缺陷。產(chǎn)品也沒有進行可靠性驗證試驗就進入了批量生產(chǎn)和交付階段。設計缺陷只能在批量投入運營之后，才能顯露出來。FRACAS系統(tǒng)的閉環(huán)流程僅用于對批量產(chǎn)品運營之后對其進行可靠性性提升，主要進行事后補救。主要原因是沒有一種良好的機制將FRACAS系統(tǒng)提出的改進措施方便地應用于新產(chǎn)品開發(fā)，另一個原因是設計周期短。

如果加強設計輸出的可復用性，確?？煽啃蕴嵘募m正措施能夠通過復用直接應用于新設計，就能在縮短產(chǎn)品設計周期的同時，通過復用技術(shù)成熟，并經(jīng)過可靠性驗證的設計，保證產(chǎn)品設計的固有可靠性水平，這個復用的思想即模塊化設計。

模塊化設計可以將市場中一些通用的功能要求的實現(xiàn)進行封裝成為可以復用的單元。通過對外提供標準的空間和通訊接口和模塊功能的及功能調(diào)用的方法，使用者通過按接口的規(guī)范調(diào)用模塊，就能在產(chǎn)品中實現(xiàn)相應的功能，從而不用關心模塊內(nèi)部的實現(xiàn), 就能利用模塊進行積木式搭建實現(xiàn)需要的功能，從而實現(xiàn)模塊的復用。

模塊在設計完成之后，應該進行相應的可靠性驗證工作，通過了驗證模塊才能進行發(fā)布，并可投入的產(chǎn)品的設計中，對于模塊的設計變更也需要重新進行可靠性驗證，才能應用到最終的模塊變更中，模塊的變更通過模塊的調(diào)用就可以直接應用到新產(chǎn)品設計中。因此針對模塊的復用就是FRACAS信息系統(tǒng)的糾正措施在新產(chǎn)品應用的良好機制。

在模塊的設計和變更過程應用FRACAS系統(tǒng)，其故障報告閉環(huán)系統(tǒng)流程參照國軍標提供的參考閉環(huán)流程進行設計，針對在可靠性驗證試驗中發(fā)生的每個故障事件都需要進行根本原因分析，并采取糾正措施進行閉環(huán)；在最終產(chǎn)品的特性需求的設計和其選擇的模塊進行投入運營之后，其閉環(huán)流程可參考本文1.2節(jié)中提出的小閉環(huán)和大閉環(huán)流程，流程圖見圖3。

將通用要求的設計進行標準化封裝成產(chǎn)品模塊，并在新項目中直接使用，可以減少重復勞動，新設計的模塊和對模塊的改進變更經(jīng)過FRACAS系統(tǒng)閉環(huán)流程進行可靠性驗證,這樣對模塊的改進都直接固化在模塊中，通過在不同項目中復用這些模塊，不僅可以大大縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，還使得各項改進可直接應用于新產(chǎn)品設計，避免故障重復發(fā)生，能確保產(chǎn)品設計的可靠性。

2.2 通過產(chǎn)品配置管理系統(tǒng)提升FRACAS系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析能力

在軌道交通行業(yè)建立的FRACAS信息系統(tǒng)中收集到故障相關信息普遍缺乏可追溯性。比如不能獲知故障件在生產(chǎn)制造過程中是否有異常，故障件是什么時候裝配，故障時刻故障件服役了多長時間或者里程，故障件之前是否進發(fā)生過故障，是否進行了段改等等。此時故障信息的價值受到了極大的限制。比如在研究產(chǎn)品的可靠性中，產(chǎn)品的壽命分布（失效分布）是一個十分重要的因素，它是確定產(chǎn)品可靠度、維修周期等重要可靠性參數(shù)和進行可靠性分析的基本依據(jù)。而缺乏對零部件進行跟蹤的FRACAS信息系統(tǒng)，在進行可靠性研究時只能建立在壽命分布符合指數(shù)分析的假設基礎上，而對于機械產(chǎn)品而言，壽命分布并不符合指數(shù)分布而是威布爾分布，在這一基礎上進行軌道交通產(chǎn)品的可靠性研究，對于機械產(chǎn)品而言是錯誤的。

產(chǎn)品配置數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠很好地解決產(chǎn)品及其零部件的信息可追溯性問題。產(chǎn)品配置管理系統(tǒng)通過產(chǎn)品配置BOM作為產(chǎn)品配置數(shù)據(jù)的基礎，為每個產(chǎn)品的每個零部件建立了配置數(shù)據(jù)檔案，記錄了比如零部件物料號、版本、零部件在產(chǎn)品中的安裝位置、產(chǎn)品序列號、產(chǎn)品供應商、產(chǎn)品生產(chǎn)時間、裝車時間、零部件裝車時產(chǎn)品里程、零部件服役里程等信息。在這些信息發(fā)送變化時，比如更換了零部件、產(chǎn)品配屬地發(fā)生變化、對零部件進行了段改作業(yè)時，產(chǎn)品配置數(shù)據(jù)系統(tǒng)將記錄配置數(shù)據(jù)的變更的履歷。

產(chǎn)品配置數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)保證了產(chǎn)品配置BOM中的每個零部件均具有如同人的身份證意義一樣的唯一的配置ID，每個零部件通過配置ID關聯(lián)其在不同信息系統(tǒng)中發(fā)生的事件信息，使產(chǎn)品配置數(shù)據(jù)系統(tǒng)成為了這些信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行互通的橋梁，能夠?qū)⒏餍畔⑾到y(tǒng)的數(shù)據(jù)整合，從而極大地提升數(shù)據(jù)分析的能力和價值。比如：每個產(chǎn)品及其零部件可通過其配置ID關聯(lián)FRACAS系統(tǒng)中對應部件的故障、維修和零部件拆卸事件，關聯(lián)不合格品控制系統(tǒng)中對應部件的不合格事件和讓步接收事件，關聯(lián)制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）中的工藝路線、工作中心等信息。

通基于產(chǎn)品配置數(shù)據(jù)的FRACAS信息系統(tǒng)，可使得FRACAS信息系統(tǒng)收集到的故障信息可與零部件配置數(shù)據(jù)相關聯(lián)，從而使得產(chǎn)品及其零部件從設計、制造到產(chǎn)品運營的信息是可關聯(lián)的，使得FRACAS信息系統(tǒng)具有顯著的優(yōu)勢。比如，通過記錄維修和拆卸時刻機車車輛的里程，就能準確計算出每個零部件的服役的里程數(shù)，加上每個零部件的故障信息即可估計零部件的壽命分析（失效分布）曲線，可解決可靠性分析中的基礎問題，從而可以科學制定產(chǎn)品和零部件的維修周期、科學預測在保證可用性目標情況下備品備件數(shù)量等。能夠從更多的維度上進行數(shù)據(jù)分析，比如針對不同供貨商、不同配屬地點、不同的裝配位置、相同部件不同所屬子系統(tǒng)之間、不同的技術(shù)版本之間等等進行可靠性比較分析，為設計選型、可靠性分析和驗證、供應商業(yè)績評價等提供準備的決策數(shù)據(jù)。

3. 結(jié)束語

南車株洲電力基礎有限公司實施的FRACAS信息系統(tǒng)采用了本文提出的方法，整合了各業(yè)務單位對故障信息數(shù)據(jù)分析的需求，并量化了故障信息采集字段，形成了可從產(chǎn)品BOM、功能系統(tǒng)、時間、里程、供應商、客戶、服役區(qū)域、失效模式、技術(shù)狀態(tài)等多個維度進行聚合分析的故障數(shù)據(jù)庫。并且實現(xiàn)了基于產(chǎn)品配置數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的FRACAS信息系統(tǒng)，能夠追溯機車車輛及其零部件發(fā)生的故障、維修、更換、段改事件信息，能夠利用這些數(shù)據(jù)擬合估計各零部件或功能系統(tǒng)壽命分布（失效分布）威布爾曲線。

4. 參考文獻

[1] 陳曉靜 面向商用飛機生命周期內(nèi)的FRACAS研究【碩士學位論文】 南京：南京航空航天大學，2006

[2] GJB841-90 《故障報告、故障分析及糾正措施系統(tǒng)》

[3] 孟繁林 FRACAS技術(shù)在軌道交通行業(yè)中的應用 電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗 2013年第1期 66-71頁