RtCM技術(shù)方法及應(yīng)用實(shí)踐

楊立飛 陳 宇 曹智鵬 馬沂藎 張光輝

（蘇州熱工研究院有限公司 江蘇蘇州）

一、RtCM產(chǎn)生背景

以可靠性為中心的維修（Reliability Centered Maintenance，簡稱RCM）在世界范圍內(nèi)的工業(yè)、企業(yè)維修優(yōu)化進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用，目前在電力、航空、軍事、石油等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。《以可靠性為中心的維修過程的評審準(zhǔn)則》（SAE JA1011）給出了RCM實(shí)施的步驟和準(zhǔn)則，應(yīng)用過程中提高了設(shè)備可靠性并降低了維修成本，效果顯著。

然而，隨著電力行業(yè)自動化、機(jī)械化程度的提高，系統(tǒng)內(nèi)部的部件種類和數(shù)量逐漸增多，如果仍然按照傳統(tǒng)RCM邏輯決斷過程逐步分析，那么分析過程就會顯得繁雜冗長，導(dǎo)致RCM分析方法雖然有效但過程復(fù)雜，分析每個系統(tǒng)所消耗的平均資源增多，部分關(guān)鍵部件得不到詳細(xì)的分析。改進(jìn)型RCM方法即RtCM（Reliability and Technical Centered Maintenance，簡稱RtCM）以可靠性與技術(shù)特性為中心的維修的產(chǎn)生和發(fā)展為問題的解決提供了新的思路。

二、RtCM應(yīng)用優(yōu)勢

RtCM的主要思想在于運(yùn)用輔助工具、融入分級理念、強(qiáng)化技術(shù)特性分析，削弱對企業(yè)用戶的知識與資源需求，注重關(guān)鍵設(shè)備的分析，節(jié)約了分析時間、提升了分析效率；同時從定性分析向定量化計算發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)維修策略制定和優(yōu)化的科學(xué)與合理性。

（1）融入分級理念：分級管理是INPO AP 913設(shè)備管理程序的首要環(huán)節(jié)，RtCM方法將該理念合理的嵌入分析流程中。通過功能故障影響分析、RTM分析和設(shè)置合理的判斷準(zhǔn)則，篩選出需要重點(diǎn)管理的系統(tǒng)設(shè)備，優(yōu)化了資源配置。

（2）運(yùn)用維修模板：維修模板包含種類豐富的設(shè)備故障模式、維修策略，為RtCM分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，減弱了對小組成員的知識依賴，提升了分析質(zhì)量與分析效率。同時還為程序化開展RtCM分析和提高小組成員技能水平提供了機(jī)會。

（3）強(qiáng)調(diào)技術(shù)特性：在明確設(shè)備故障影響后，技術(shù)特性分析對維修策略的制定至關(guān)重要，其構(gòu)成元素包括運(yùn)行環(huán)境、使用頻度、故障頻度等。例如，惡劣運(yùn)行環(huán)境會帶來加速老化，頻繁的啟停設(shè)備會造成損耗加劇，因此需要詳細(xì)分析和區(qū)別對待。

（4）引入定量化計算：維修周期是維修策略的重要組成，多數(shù)維修周期采用定性判別，RtCM方法嘗試基于設(shè)備故障歷史數(shù)據(jù)庫、構(gòu)建維修決策模型，綜合制定其維修周期。例如，維修周期是否滿足設(shè)備足夠的安全裕度，維修周期差異是否平衡了經(jīng)濟(jì)的投入和產(chǎn)出等，國內(nèi)學(xué)者也正在積極開展相關(guān)研究。

（5）節(jié)省分析時間：RCM方法將分析資源平均消耗于所分析的設(shè)備，RtCM在經(jīng)過功能故障影響判斷和RTM判斷兩道準(zhǔn)則后，縮減了需要重點(diǎn)管理的設(shè)備總量。加之維修模板豐富輸入，在優(yōu)化資源配置的同時、提升了分析速度，節(jié)省了分析資源與時間。

三、RtCM定義及其相關(guān)問題

RtCM技術(shù)方法是對傳統(tǒng)RCM方法的改進(jìn)和優(yōu)化，繼承了RCM的主要流程和技術(shù)特點(diǎn)，通過引入設(shè)備分級理念和技術(shù)特性分析，實(shí)現(xiàn)了分析資源優(yōu)化配置與維修策略輔助工具的有效結(jié)合，是一種經(jīng)濟(jì)高效的用于確定設(shè)備在現(xiàn)有使用背景下維修需求的系統(tǒng)工程方法。與RCM分析過程類似，使用RtCM技術(shù)方法開展維修策略分析同樣需要回答7個問題。

（1）用戶需要設(shè)備提供的功能及相關(guān)的性能標(biāo)準(zhǔn)是什么？

（2）什么情況下其功無法實(shí)現(xiàn)其功能？

（3）哪些功能故障相關(guān)設(shè)備是值得管理的？

（4）引起設(shè)備失效的故障模式有哪些？

（5）故障模式發(fā)生后的影響及后果是什么？

（6）做什么可以預(yù)測或預(yù)防該故障？

（7）如果無法預(yù)測或預(yù)防該故障，如何管理其后果？

其中第三個問題強(qiáng)調(diào)了對設(shè)備的分級管理理念，將待分析的設(shè)備分為值得管理與不值得管理的設(shè)備，按照重要度分析將資源配置于關(guān)鍵設(shè)備的分析中，達(dá)到資源優(yōu)化配置的目的。第四和七個問題的回答則需要借助于維修模板和技術(shù)特性分析，基于已有模板結(jié)合具體設(shè)備運(yùn)行環(huán)境、頻度及故障概率制定和優(yōu)化設(shè)備的維修策略。

四、RtCM分析流程

1.確定功能和性能標(biāo)準(zhǔn)

RtCM分析的第一步是列寫系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)功能分為主要功能、次要功能、保護(hù)功能和多余功能等。主要功能是指用戶設(shè)置設(shè)備的主要目的，也即該設(shè)備投入運(yùn)行時所能完成的用戶指定的特定功能。次要功能包括該設(shè)備的其他用途，主要為環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)、效率、包容、外觀、舒適等方面。

2.確定功能故障

功能故障，就是功能失效的表現(xiàn)形式，也即指設(shè)備不能滿足期望的性能標(biāo)準(zhǔn)，包括完全不能實(shí)現(xiàn)用戶需求和部分不能實(shí)現(xiàn)用戶需求兩類。不同的設(shè)備使用者對功能故障的定義有所不同。一般來說，判斷功能是否失效，可以判斷故障發(fā)生后功能的性能指標(biāo)是否還在用戶需求的上、下限范圍內(nèi)，或保護(hù)裝置是否拒動、誤動。

3.識別值得管理的設(shè)備

值得管理設(shè)備的識別來源于兩部分，一部分為I類設(shè)備，與該類設(shè)備相關(guān)的功能故障符合功能級故障嚴(yán)重度判斷準(zhǔn)則；另一部分為Ⅱ類設(shè)備，與該類設(shè)備相關(guān)的功能故障不符合功能級故障嚴(yán)重度判斷準(zhǔn)則，但該類設(shè)備符合RTM準(zhǔn)則，亦作為維修策略分析的主體對象；其他均為Ⅲ類設(shè)備，執(zhí)行糾正性維修。

（1）功能級故障影響及相關(guān)嚴(yán)重度判斷準(zhǔn)則（參考）。這需要考慮：①安全/環(huán)境影響：導(dǎo)致核安全降級、導(dǎo)致工業(yè)安全風(fēng)險、影響重要冗余度。②生產(chǎn)影響：導(dǎo)致停機(jī)停堆、導(dǎo)致降負(fù)荷。

（2）RTM評判準(zhǔn)則(參考)。這需要考慮：①設(shè)備故障導(dǎo)致個人、工業(yè)安全、環(huán)境、輻射安全風(fēng)險。②設(shè)備有不可接受的高維修史、更換史、高運(yùn)行成本史。③設(shè)備故障會增加其他設(shè)備的故障，或影響其他關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行。

4.分析故障模式

在確定需要分析的設(shè)備清單后，對設(shè)備進(jìn)行故障模式分析。在此步驟中，RtCM引入了參考故障模板，大大提高了分析效率；對于故障模板未涵蓋的故障模式，則根據(jù)經(jīng)驗反饋、用戶當(dāng)前維修大綱實(shí)際需要管理的故障模式，或雖未曾發(fā)生但分析認(rèn)為有可能發(fā)生的故障模式等來確定。

5.分析故障影響及評估故障后果

故障影響列出了故障模式出現(xiàn)時實(shí)際上發(fā)生了什么系列故障現(xiàn)象。故障影響描述包括了對故障后果進(jìn)行評估所需的所有信息。具體應(yīng)體現(xiàn)故障模式發(fā)生后的演變過程，包括設(shè)備狀態(tài)特性的發(fā)展演變即設(shè)備級故障影響，以及設(shè)備級故障影響發(fā)生后會不會和會怎樣對安全、環(huán)境產(chǎn)生影響，會不會和會怎樣對生產(chǎn)造成影響，以及排除故障所必須做的工作等。故障后果具體分為隱性后果、安全與環(huán)境、生產(chǎn)和非生產(chǎn)性后果。

6.選擇預(yù)防性維修任務(wù)

在前面幾個步驟完成信息內(nèi)容的分析評價后，RtCM進(jìn)行維修任務(wù)決斷流程。通過決斷邏輯，合理地選擇故障模式所對應(yīng)的維修任務(wù)。在任務(wù)選擇上，如果故障模式可以預(yù)防且值得預(yù)防，按照狀態(tài)監(jiān)測、定期翻修、定期更換的順序來選擇維修任務(wù)。這些維修任務(wù)都是在故障發(fā)生前進(jìn)行預(yù)防性的工作，以達(dá)到防止故障發(fā)生的目的，因此稱為預(yù)防性維修任務(wù)的選擇階段。RtCM按一定的順序進(jìn)行維修任務(wù)的選擇，考慮的是狀態(tài)監(jiān)測、定期翻修和定期更換任務(wù)對所維修的系統(tǒng)而言，干擾程度逐漸加強(qiáng)。選擇任務(wù)類型時，需要從技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)適用性兩方面考慮。在此過程中，亦引入了維修策略模板數(shù)據(jù)庫的信息。

在設(shè)備維修策略決斷過程中，RtCM提出了要綜合考慮具體設(shè)備的技術(shù)特性的理念，側(cè)重于設(shè)備的使用頻率、工作環(huán)境、故障概率情況，使得維修決斷的制定更加符合設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況的需求，更具針對性。

7.選擇故障后果管理任務(wù)

如果無法預(yù)防某一故障模式，則需要選擇合適的維修任務(wù)來管理其故障后果。故障預(yù)防的整體目的不僅限于預(yù)防故障本身，更重要的在于避免或降低故障的后果。如果故障后果不嚴(yán)重，則經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性評價后可以考慮糾正性維修；而對于安全/環(huán)保后果不能選擇糾正維修，如果無法預(yù)防，則需要通過設(shè)計改進(jìn)進(jìn)行故障后果的管理；定期試驗則是隱蔽性后果所特有的任務(wù)類型。

五、RtCM方法應(yīng)用實(shí)踐

分析對象選擇了某核電站汽輪機(jī)相關(guān)的汽水分離再熱器系統(tǒng)。該系統(tǒng)為介于汽輪機(jī)高壓缸和中壓缸之間的一個蒸汽除濕加熱系統(tǒng)，其主要功能為：①從高壓缸排出的蒸汽中除去約98%的水分；②提高進(jìn)入中壓缸蒸汽的溫度，使之成為過熱蒸汽；③改善中、低壓缸的工作條件，同時提高熱力循環(huán)的效率。該系統(tǒng)主要設(shè)備數(shù)量約150個，包含20類設(shè)備，如汽水分離再熱器、疏水箱、膨脹節(jié)、調(diào)節(jié)閥等。

工作小組成員包括運(yùn)行、機(jī)械、電氣、維修等，RtCM分析前對小組成員進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)，按照RtCM流程進(jìn)行分析實(shí)踐，列寫功能共計50多項，產(chǎn)生1份維修導(dǎo)則，包括功能清單、系統(tǒng)功能故障及重要設(shè)備識別單、系統(tǒng)設(shè)備維修策略決斷單、系統(tǒng)設(shè)備維修策略匯總單、系統(tǒng)分析前后維修大綱對比單。表1對優(yōu)化分析得到的具體策略進(jìn)行了舉例說明。

表1 維修策略優(yōu)化成果舉例

六、RtCM分析取得的效益

RtCM分析成果體現(xiàn)于3個方面，包括維修大綱優(yōu)化率、產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益以及發(fā)現(xiàn)的重要設(shè)計問題。

（1）維修大綱優(yōu)化率。機(jī)械設(shè)備相關(guān)大綱優(yōu)化率約為50%，電氣部分約為40%，儀控部分約為15%；對影響機(jī)組停機(jī)的膨脹節(jié)焊縫開裂故障，制定了針對性的查漏試驗；優(yōu)化了眾多閥門的潤滑策略，考慮到閥門日常不運(yùn)行操作，因此日常潤滑改為大修。

（2）直接經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出。通過分析，一方面取消了一些不必要的維修項目，降低了維修成本；另一方面新增了一些維修項目管理那些之前未管理到的故障模式。本次汽水分離再熱器系統(tǒng)取消和延長項目在兩臺機(jī)組壽期內(nèi)所節(jié)約的維修成本約為200多萬元。其中40年來內(nèi)僅取消電動頭解體檢查，就節(jié)省高達(dá)近80萬元，取而代之的為潤滑油狀態(tài)監(jiān)測及力矩校驗，充分發(fā)揮狀態(tài)監(jiān)測作用。

（3）設(shè)計問題的發(fā)現(xiàn)和建議。再熱器進(jìn)氣管線安全閥安裝位置不對稱（與原設(shè)計不符）。左側(cè)安全閥安裝在流量孔板下游，右側(cè)安全閥安裝在流量孔板上游，但其定值均為3.1 MPa·g，但實(shí)際上孔板前后有壓損0.02 MPa，因此左右兩側(cè)閥門的定值需要相應(yīng)調(diào)整。

疏水泵小流量回流調(diào)節(jié)閥下游缺少隔離閥，如果疏水泵故障進(jìn)行隔離時，因調(diào)節(jié)閥無法執(zhí)行隔離功能，會導(dǎo)致疏水泵無法維修，機(jī)組長期降功率5 MW運(yùn)行，機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益損失，同時汽輪機(jī)葉片受到含濕度較大蒸汽的嚴(yán)重沖刷，因此需要技術(shù)改造。

七、RtCM應(yīng)用展望及建議

RtCM技術(shù)在傳統(tǒng)RCM分析基礎(chǔ)上，融入了設(shè)備分級理念、RTM評判、故障模式及維修策略模板、設(shè)備技術(shù)特性分析，提高了維修決策的科學(xué)性、合理性。分析實(shí)踐證明RtCM方法較好的指導(dǎo)了維修策略的制定和優(yōu)化，取得了豐富的技術(shù)成果，提高了系統(tǒng)設(shè)備可靠性、節(jié)約了維修資源投入。

未來RtCM將繼續(xù)發(fā)揮其優(yōu)勢作用，不斷充實(shí)維修模板與設(shè)備故障數(shù)據(jù)庫，同時配以RtCM軟件平臺，提升其應(yīng)用的廣泛性與應(yīng)用范圍，為其在核電領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。同時建議目前在服役及新建設(shè)的三代核電機(jī)組開展RtCM分析的前期準(zhǔn)備工作，及早建立技術(shù)體系和開展相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)，從基礎(chǔ)做起：包括RtCM理念傳播，運(yùn)行期間及建設(shè)期間的數(shù)據(jù)的收集和統(tǒng)計，對后期的RtCM分析和維修經(jīng)驗積累有重要價值。

1 莫布雷（英）.以可靠性為中心的維修[M]:北京機(jī)械工業(yè)出版社，1995

2 SAE（JA1011）.Evaluation Criteria for Reliability Centered Maintenance（RCM）Processes，1999

3 Moubray J.Reliability-centered Maintenance[M].New York:INDUSTRIAL PRESS INC，1992

4 Bonn ie S H auge，Donald C John ston.Reliability centered maintenance and risk assessment[C].P roceedings A nnual Reliability and Maintainability Symposium，2001：36～40

5 EPRI.Streamlined Reliability-Centered Maintenance（SRCM）Program for Fossil-Fired Power Plants[R].TR-109795，3，1998

6 李曉明.基于RCM的核電站維修優(yōu)化研究與應(yīng)用[D].華中科技大學(xué).2005

7 賈希勝，以可靠性為中心的維修決策模型，2007