城軌車輛 FRACAS 故障管理系統(tǒng)應用研究

姚鴻洲，肖 靜，何昌艷

（重慶中車長客軌道車輛有限公司技術部，重慶 401133）

1 引言

可靠性、可用性、可維護性和安全性（Reliability，Availability， Maintainability，and Safety，RAMS）是城軌車輛運行過程中表現(xiàn)出來的特性[1]，為使這種特性朝著我們想要的方向發(fā)展，降低產(chǎn)品故障率，提高企業(yè)技術創(chuàng)新能力，許多軌道交通產(chǎn)品用戶和制造商都在積極引入RAMS管理，但RAMS閉環(huán)管理的實施、RAMS信息的利用等一系列問題仍然得不到較好解決[2]。本文基于RAMS搭建起設計與故障/問題間的橋梁，從根上消除現(xiàn)場故障，然而，幾乎國內(nèi)所有軌道交通企業(yè)在RAMS項目執(zhí)行中都面臨著如下困難：缺乏關于產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)庫，對重大故障/頻發(fā)故障/突發(fā)故障反應遲鈍，缺乏規(guī)范的故障信息反饋機制，故障信息再利用能力差，難以對產(chǎn)品進行可靠性評估和可靠性目標管理，難以開展可靠性設計準則、失效模式與影響分析（Failure Mode and Effects Analysis，F(xiàn)MEA）等依賴性的可靠性分析工作，難以制定產(chǎn)品的可靠性增長計劃，難以確定可靠性關鍵件和重要件、大修期備件供應等策略。為此，本文建立城軌車輛故障管理系統(tǒng)FRACAS（Failure Report Analysis and Corrective Action System），并將其作為RAMS執(zhí)行的一部分，以實現(xiàn)建立質(zhì)量與可靠性信息平臺，對問題和故障的閉環(huán)控制、輔助制定可靠性增長計劃、為可靠性工作的開展提供數(shù)據(jù)基礎、輔助進行產(chǎn)品決策的目標。文獻[3-8]分別對機車柴油機游車故障、高鐵軸承故障、風力發(fā)電機組故障、空調(diào)產(chǎn)品的失效、某型柴油機頻繁出現(xiàn)油霧探測器報警的故障、系留氣球外場試驗期間的故障執(zhí)行了FRACAS方法，很好地解決故障問題，并在一定程度上實現(xiàn)信息的共享與積累。文獻[9]中車門系統(tǒng)執(zhí)行以故障的計劃、執(zhí)行、查處、處理（PDCA）為核心的故障報告、分析及糾正系統(tǒng)，并提出了FRACAS的擴展輔助信息收集理念。文獻[10-11]對數(shù)字化儀控平臺研發(fā)和FRACAS在鐵路行業(yè)的應用進行大膽探究，避免出現(xiàn)一些重復的設計問題。文獻[12]對故障管理問題的“技術歸零5條”和“管理歸零5條”進行了歸納說明。以上都針對故障問題進行了比較深入的思考，也在一定程度上考慮到了故障管理的問題，但還是存在較大的局限，或者只是對故障進行簡單處理（即關閉），或者缺乏對故障的系統(tǒng)分析，缺乏將故障問題處理的經(jīng)驗反饋到新產(chǎn)品研發(fā)和舊產(chǎn)品的整改當中的完整機制，碎片化程度較高。為此本文研究提出比較系統(tǒng)、全面的執(zhí)行辦法，以實現(xiàn)流程上的閉環(huán)內(nèi)控和技術上的創(chuàng)新。

2 FRACAS系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的碎片化管理具有諸多弊端，通過FRACAS系統(tǒng)建立起來的閉環(huán)系統(tǒng)，已經(jīng)越來越多地得到廣大RAMS實踐探索者的青睞，人們急切需要找到一種成熟的模式來實踐RAMS，將其內(nèi)在的現(xiàn)實價值表現(xiàn)出來。關于FRACAS系統(tǒng)的實踐，首先是軍用，然后向其他行業(yè)延伸。近年來，城市軌道交通行業(yè)的企業(yè)都對其展開了實踐探索，但是具體的可操作性強的方案還在持續(xù)探索當中。下面對其發(fā)展歷程進行闡述。

1980年美國率先頒布了MIL-STD-785B《系統(tǒng)和設備研制生產(chǎn)的可靠性大綱》，要求軍用系統(tǒng)承包商建立FRACAS和故障審查委員會，以監(jiān)督和控制研制過程中的故障分析和糾正活動。隨后，在我國軍用標準中，GJB 450A-2004《裝備可靠性工作通用要求》將FRACAS列為可靠性工作必修課，該標準對其闡述為“建立故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)，確立并執(zhí)行故障記錄、分析和糾正程序，防止故障的重復出現(xiàn)，從而使產(chǎn)品的可靠性得到增長”。GJB 841-1990《故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)》是一部專門闡述FRACAS工作要求的規(guī)范，該標準對其闡述為“及時報告產(chǎn)品的故障，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)，改善其可靠性和維修性”。

在ISO 9001《質(zhì)量管理體系要求》中，開始把糾正和預防措施作為質(zhì)量體系的20個要素之一。該標準要求企業(yè)應有既定的渠道對所掌握的不合格產(chǎn)品信息進行分析，并采取糾正和預防措施來消除不合格產(chǎn)品產(chǎn)生的原因，以防止其再次發(fā)生。

在IRIS02-2009《國際鐵路行業(yè)標準質(zhì)量管理體系要求》7.11中明確地提到“組織必須制定文件化的程序，以覆蓋RAMS活動所有方面的要求，包括：數(shù)據(jù)收集、分析和建立改進措施計劃”“數(shù)據(jù)收集和分析工作必須得到在質(zhì)保期內(nèi)和質(zhì)保期外以往所積累的運營經(jīng)驗的支持，并不斷改進”。不過，F(xiàn)RACAS系統(tǒng)在軌道交通行業(yè)的實踐始終還處于初步探索階段。

國內(nèi)軌道交通行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，在FRACAS思想已經(jīng)滲透到管理領域方方面面的當下，F(xiàn)RACAS作為RAMS執(zhí)行的一個部分，正在發(fā)揮著不可想象的力量。永濟新時速電機電器有限責任公司于2009年底開始運行FRACAS系統(tǒng)，至2014年3月，系統(tǒng)已收錄了包括技術引進產(chǎn)品在內(nèi)的5大類20種產(chǎn)品1500余條故障信息。2006年某城軌車輛制造企業(yè)順應市場需求進入地鐵市場，為提高企業(yè)核心競爭力，引入了FRACAS。經(jīng)過持續(xù)多年實踐，公司在產(chǎn)品質(zhì)量問題收集、分析和糾正措施等方面積累了豐富經(jīng)驗，并對FRACAS進行了多次優(yōu)化升級，積極推動了企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提升。

FRACAS系統(tǒng)是對RAMS閉環(huán)管理思想的體現(xiàn)，RAMS閉環(huán)管理就是通過對RAMS信息、故障的收集，持續(xù)改善和管理產(chǎn)品，提煉經(jīng)驗并反饋給產(chǎn)品設計人員。通過執(zhí)行FRACAS系統(tǒng)形成產(chǎn)品RAMS數(shù)據(jù)庫，通過對產(chǎn)品故障數(shù)據(jù)信息進行重構(gòu)、分析、再利用形成知識經(jīng)驗庫，并反饋產(chǎn)品可靠性設計，最終實現(xiàn)產(chǎn)品可靠性設計的持續(xù)提升。

3 FRACAS 系統(tǒng)建立及運行

在RAMS執(zhí)行中通過FRACAS系統(tǒng)工作流程，驅(qū)動設計、工藝、生產(chǎn)制造和運營維護鏈閉環(huán)，將整個工作貫徹到產(chǎn)品的全生命周期中。在RAMS執(zhí)行過程中，設計和供應商必須無條件配合實現(xiàn)公司RAMS平臺數(shù)據(jù)庫的持續(xù)有效更新，通過不斷地向設計師提供有效的故障分析結(jié)果，使故障信息得到更高效利用。

3.1 FRACAS 系統(tǒng)建立

根據(jù)GJB 841-1990《故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)》標準要求，結(jié)合軌道交通企業(yè)實際，本文總結(jié)和完善FRACAS系統(tǒng)及工作流程，如圖1所示，該系統(tǒng)及流程很好地展示了以故障管理為核心的FRACAS系統(tǒng)的運行過程。該系統(tǒng)通過收集產(chǎn)品故障信息，分析故障原因，制定和實施有效糾正措施，以防止故障的再現(xiàn)，同時把故障根本原因和糾正措施信息反饋到設計過程中，以促進產(chǎn)品可靠性增長。

3.2 FRACAS 系統(tǒng)執(zhí)行

3.2.1 FRACAS 系統(tǒng)運行優(yōu)化

本文結(jié)合某軌道車輛企業(yè)實踐和圖1工作流程，對FRACAS系統(tǒng)執(zhí)行程序進行如下進一步優(yōu)化。

圖1 FRACAS系統(tǒng)及工作流程圖

（1）在生產(chǎn)試制階段，建立FRACAS運行管理組織，完善項目產(chǎn)品物理結(jié)構(gòu)樹、配置清單以及FRACAS執(zhí)行計劃，為FRACAS系統(tǒng)運行做準備。

（2）在試驗驗證階段，項目產(chǎn)品發(fā)生故障后，由試驗團隊對故障提出書面報告。由于在試驗驗證階段允許對設計作較大更改來解決故障問題，所以試驗驗證階段的問題都需要進行及時分析處理；在產(chǎn)品運營階段，項目產(chǎn)品發(fā)生故障后，由售后團隊對故障提出書面報告。在本階段雖仍可提出糾正措施，但要受到很大約束且付諸實踐較為困難，所以在售后運營階段需要由相關人員根據(jù)相關要求判定是否需要進一步分析，如果需要，則進入以下（3）。

（3）由相關團隊對故障原因進行分析并提出書面報告，書面報告中提出的改進措施需要覆蓋產(chǎn)品設計、生產(chǎn)與試驗、運營與維護3個階段。

（4）由責任團隊落實糾正措施并提出書面報告。

（5）根據(jù)前面階段輸出產(chǎn)物，提出的多方面改進措施，并進行具體可行的落實，將故障問題轉(zhuǎn)化為風險場景，以危害登記冊的形式輸出，由RAMS團隊于項目設計階段，輸入給設計師去落實，最終完成對故障的閉環(huán)管理過程。對于設計階段的設計關注點，設計師要將其作為輸入在方案里面落實；對于針對該故障可以采取的工藝改善點需要作為輸入在作業(yè)指導書中去落實；對于生產(chǎn)制造中的改善點要作為輸入在培訓當中去落實；對于運營維護中的技術改進，必須要作為編寫維護手冊、操作手冊和培訓手冊的輸入，并在維護手冊、操作手冊和培訓手冊中體現(xiàn)。

3.2.2 FRACAS 系統(tǒng)執(zhí)行要點

FRACAS系統(tǒng)執(zhí)行要點如下。

（1）FRACAS系統(tǒng)是一個統(tǒng)一、共享的故障信息平臺，要實現(xiàn)主機廠與供應商的FRACAS系統(tǒng)相交聯(lián)，形成項目整體FRACAS，其執(zhí)行需要全員參與，用戶、主機廠、供應商無一例外。要想真正發(fā)揮出FRACAS系統(tǒng)強大的故障管理和利用能力，提高故障信息利用效率，必須要建立起基于FRACAS系統(tǒng)的相關軟件平臺的具體項目執(zhí)行模式。

（2）FRACAS系統(tǒng)的執(zhí)行應根據(jù)項目具體要求而定，它可以包括在閉環(huán)內(nèi)控理念下所構(gòu)建的一系列閉環(huán)工作的執(zhí)行，比如設計與工藝之間形成的閉環(huán)，所以FRACAS系統(tǒng)的執(zhí)行應做到綜合考慮，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

（3）在FRACAS文件管理方面，所有故障信息、故障原因分析過程、采取的糾正措施及效果等均應被記錄，并保證完整性和準確性。將這些記錄編制成具有統(tǒng)一編號的FRACAS文件進行管理和保存，并存入FRACAS信息數(shù)據(jù)庫，以便于檢索和查閱，為故障管理和利用提供保障。

4 故障信息管理及再利用

FRACAS系統(tǒng)主要針對實際發(fā)生的故障信息進行閉環(huán)管理，其核心是故障，因此FRACAS系統(tǒng)的故障信息管理必須在技術上做到“定位準確、機理清楚、問題復現(xiàn)、措施有效、舉一反三”，在管理上做到“過程清楚、責任明確、措施落實、嚴肅處理、完善規(guī)章”，其終極目標是通過高效利用故障信息及提高其再利用能力，實現(xiàn)技術積累和技術創(chuàng)新，提高企業(yè)核心競爭力。FRACAS系統(tǒng)故障信息及再利用過程如圖2所示。

圖2 FRACAS系統(tǒng)故障信息及再利用過程

（1）故障信息管理。故障信息管理中將對其進行分類、分級管理，故障分類為重大故障、頻發(fā)故障、突發(fā)故障和普通故障4類，故障分級為1級（業(yè)主和公司關注的）、2級（常規(guī)需要關注的）、3級（特殊需要關注的）和4級（其他）；故障信息分類、分級管理可實現(xiàn)對故障信息的再利用，建立起企業(yè)問題/故障信息數(shù)據(jù)庫，并通過分析、重構(gòu)，更新和完善可靠性設計準則。

（2）故障信息再利用。通過系統(tǒng)的、全面的故障識別及售后故障數(shù)據(jù)庫的搜集，建立起強大的故障/問題數(shù)據(jù)庫（即軌道車輛產(chǎn)品系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)庫）；可通過對其進行有效利用和閉環(huán)控制，解決對重大故障/頻發(fā)故障/突發(fā)故障反應遲鈍的問題，故障信息的反饋機制也得以規(guī)范；可從可靠性角度對產(chǎn)品進行可靠性評估和管理；可從可靠性角度制訂關鍵件和重要件、大修期備件供應等的策略。

5 結(jié)論

（1）本文針對目前FRACAS系統(tǒng)執(zhí)行上的局限性，提出了比較系統(tǒng)、全面的執(zhí)行辦法，實現(xiàn)了故障問題的閉環(huán)管理，這對于新產(chǎn)品研發(fā)和舊產(chǎn)品的整改具有創(chuàng)新意義。

（2）本文以解決故障問題為基礎，通過FRACAS故障管理系統(tǒng)實現(xiàn)對故障信息的管理。

（3）FRACAS故障管理系統(tǒng)體現(xiàn)了RAMS閉環(huán)的設計思路，為不斷完善產(chǎn)品可靠性設計準則提供真實的依據(jù)。

（4）在FRACAS故障管理系統(tǒng)框架下，對故障信息進行全方位的管控和再利用以及對故障信息分類、分級管理，對優(yōu)化城軌車輛可靠性設計、降低城軌車輛故障率具有重要指導意義。