核電站穩(wěn)壓器CCTV 檢查設(shè)備的RCM 實(shí)施研究

李 杰，汪 濤，江小勇，劉 超

（1.中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司檢測(cè)一部，江蘇蘇州 215021；2.蘇州大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江蘇蘇州 215131）

0 引言

核電站實(shí)施在役檢查是國(guó)家核安全法規(guī)要求項(xiàng)目，更是保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行的必要手段。隨著核電機(jī)組多堆型、多基地在役檢查業(yè)務(wù)的開展，各核電在役檢查服務(wù)公司的在役檢查設(shè)備數(shù)量不斷增加，設(shè)備類型和自動(dòng)化程度不斷提高，越來(lái)越多的在役檢查項(xiàng)目離不開自動(dòng)化項(xiàng)目。中廣核檢測(cè)技術(shù)有限公司的設(shè)備管理維護(hù)還停留在維保就是功能性測(cè)試、壞了就修的傳統(tǒng)模式，維修周期長(zhǎng)、維修質(zhì)量難以保證，不清楚各故障產(chǎn)生的原因和內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)工期耽擱、安全風(fēng)險(xiǎn)加大、檢查結(jié)果不確定度提高等多方面不良影響。為了解決以上問(wèn)題，本文擬引入新的設(shè)備維修管理理念——RCM（Reliability-Centered Maintenance，以可靠性為中心的維修），以核電站穩(wěn)壓器堆焊層CCTV（Closed circuit television Inspection，內(nèi)窺攝像檢測(cè)系統(tǒng)）檢查設(shè)備為例，討論RCM 技術(shù)的分析過(guò)程和應(yīng)用展望。

1 RCM 概述

RCM 技術(shù)是目前國(guó)際上通用的、用以確定資產(chǎn)預(yù)防性維修需求、優(yōu)化維修制度的一種系統(tǒng)工程方法。其基本思路是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能與故障分析，明確系統(tǒng)內(nèi)各故障發(fā)生的后果，用規(guī)范化的邏輯決斷方法，確定出各故障后果的預(yù)防性對(duì)策，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)故障統(tǒng)計(jì)、專家評(píng)估和定量化建模等手段，在保證安全性和完好性的前提下，以維修停機(jī)損失最小為目標(biāo)，優(yōu)化系統(tǒng)的維修策略[1]

RCM 起源于20 世紀(jì)的國(guó)際民航業(yè)，60年代后期，美國(guó)商用航空工業(yè)領(lǐng)域不斷發(fā)展壯大，后來(lái)拓展到軍事、石油、化工等領(lǐng)域，通過(guò)這種設(shè)備管理策略，均取得了較好的效果[2]。在電力領(lǐng)域，核電行業(yè)為確保電站安全、環(huán)保、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，大亞灣核電站從1998年開始探索應(yīng)用RCM的可行性。在外國(guó)專家的指導(dǎo)下，于1999年進(jìn)行了冷凝水抽水系統(tǒng)的RCM 分析試點(diǎn)工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性，大大降低了運(yùn)行和檢修成本，從而開始了全面推廣RCM 技術(shù)[3]。常驍毅等[4]通過(guò)《以可靠性為中心的維修理論在麻醉機(jī)維修中的應(yīng)用研究》一文，提出在醫(yī)療器械領(lǐng)域應(yīng)用RCM 進(jìn)行設(shè)備維護(hù)的具體操作步驟。李志海等[5]在《煉化裝置以可靠性為中心的維修實(shí)施策略與研究》中闡述綜合分析煉化裝置故障模式，建立整個(gè)裝置的維修策略，并形成動(dòng)態(tài)策略包的實(shí)施過(guò)程依據(jù)。從以上學(xué)者的研究可看出，RCM 并不是一種具體的維修方式，而是一種過(guò)程分析策略。根據(jù)SAE（Society of Automotive Engineers，美國(guó)機(jī)動(dòng)車工程師學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)JA1011 給出的RCM 分析過(guò)程準(zhǔn)則，要求RCM 分析方法需要7 個(gè)基本問(wèn)題才算真正的RCM 過(guò)程，如圖1 所示。

圖1 RCM的7 個(gè)基本問(wèn)題

2 穩(wěn)壓器CCTV 檢查設(shè)備應(yīng)用RCM

穩(wěn)壓器CCTV 檢查設(shè)備用于核電站一級(jí)部件穩(wěn)壓器內(nèi)部的電加熱元件支撐板、筒體堆焊層及上封頭堆焊層的視頻檢查項(xiàng)目，作業(yè)區(qū)為核電一回路主設(shè)備穩(wěn)壓器的內(nèi)部敏感區(qū)域，對(duì)設(shè)備的防異物、可靠性和安全性要求十分嚴(yán)格。該設(shè)備主要由人孔法蘭支架、支撐架、攝像頭組件及伸縮桿、電纜和鋼絲收放裝置等組成。檢查裝置通過(guò)穩(wěn)壓器上部人孔安裝進(jìn)入容器內(nèi)部，檢查裝置由伸縮式套筒結(jié)構(gòu)加帶云臺(tái)的攝像頭組成，通過(guò)鋼絲卷?yè)P(yáng)機(jī)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套筒上下運(yùn)動(dòng)配合云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)和俯仰完成穩(wěn)壓器的內(nèi)部檢查。

根據(jù)RCM 理論要求，對(duì)設(shè)備的分析必須進(jìn)行以下步驟：①收集設(shè)備資料文件；②確定設(shè)備的系統(tǒng)功能組成并進(jìn)行編碼，記錄功能信息；③對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障模式和影響分析；④建立邏輯決斷圖和邏輯決斷記錄；⑤預(yù)防性維修任務(wù)制定。

經(jīng)過(guò)以上5 個(gè)步驟，即可確定穩(wěn)壓器CCTV 設(shè)備編制維修大綱所需的必要信息。

2.1 收集設(shè)備資料文件

RCM 分析應(yīng)收集內(nèi)容包括設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)備維修手冊(cè)、技術(shù)規(guī)格書、防異物檢查清單、故障信息記錄、操作記錄日志和內(nèi)外部經(jīng)驗(yàn)反饋，盡量保證資料的全面性與完整性。對(duì)穩(wěn)壓器CCTV 設(shè)備而言，由于目前的管理特點(diǎn)，歷史故障維修信息缺失，部分故障模式只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反饋信息識(shí)別。

2.2 確定設(shè)備的系統(tǒng)功能組成并進(jìn)行編碼，記錄功能信息

對(duì)設(shè)備進(jìn)行功能分解，分解是一個(gè)自上而下的、粗略的過(guò)程，從設(shè)備整體開始至可在設(shè)備上直接更換或修復(fù)的最低層次上的單元為止，逐層列出各個(gè)產(chǎn)品，形成設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。穩(wěn)壓器CCTV 設(shè)備本體從結(jié)構(gòu)上可分為7 個(gè)部分，分別為：①人孔法蘭支架；②支撐架；③鋼絲繩牽引裝置；④電纜牽引裝置；⑤伸縮桿裝置；⑥攝像頭旋轉(zhuǎn)俯仰總成；⑦其他輔助件。這7 個(gè)部分中，又可以分為若干個(gè)小模塊或更小的模塊。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖看，設(shè)備整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了方便后續(xù)故障記錄和維修方式邏輯決策，對(duì)系統(tǒng)和子系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備編碼，分4個(gè)層次：設(shè)備整體為第一層次，設(shè)備的各個(gè)組成部件為第二層次，依次用1～7 進(jìn)行編號(hào)，如人孔法蘭支架記為1，設(shè)備第三層次為各部件的組成，在原基礎(chǔ)上增加一位，如水平調(diào)整裝置記為12，第四層次一般為不可進(jìn)一步分解的零件，不進(jìn)行編碼，但其可以用于幫助進(jìn)行故障分析。此種功能編碼方法較為簡(jiǎn)單，不限于本次分析對(duì)象的4 個(gè)層級(jí)，可根據(jù)需求進(jìn)行拓展應(yīng)用。穩(wěn)壓器CCTV 設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖及其編碼信息見圖2。

圖2 CCTV 設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及編碼信息

為了方便說(shuō)明分析過(guò)程，RCM 步驟以“人孔法蘭支架”為例，闡述其應(yīng)用過(guò)程，其他類似模塊不再說(shuō)明。圖3 為人孔法蘭支架的功能概況記錄表，在表中依次登記設(shè)備的功能編碼、所處區(qū)域和對(duì)該系統(tǒng)的功能說(shuō)明，它是統(tǒng)一分析人員對(duì)設(shè)備構(gòu)造和功能認(rèn)識(shí)的記錄文件。

圖3 設(shè)備系統(tǒng)功能概況記錄表

2.3 故障模式和影響分析

FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，失效模式及后果分析）是可靠性工程領(lǐng)域最常用的一種定性方法。在FMEA 中越“刨根問(wèn)底”，所列的故障模式就越多，因此這里只將故障模式追蹤至設(shè)備使用人員可維修的層次。例如人孔法蘭支架中代號(hào)為12的水平調(diào)整裝置，它的功能是“設(shè)備水平調(diào)整”，有1 種故障模式，對(duì)應(yīng)3 個(gè)原因，若軸承磨損卡澀，則又能對(duì)應(yīng)軸承松動(dòng)、潤(rùn)滑不良等問(wèn)題，但由于軸承磨損已經(jīng)是現(xiàn)場(chǎng)能解決的最小零件，所以不必進(jìn)行更深一步的分析。FMEA 分析除了需要分析功能故障模式及其原因，還需分析此故障模式原因條件下可能對(duì)設(shè)備局部功能、部件功能、整體功能的影響，根據(jù)以上信息，可以得到人孔法蘭支架的FMEA分析表，見圖4。

圖4 人孔法蘭支架FMEA 分析表

2.4 建立邏輯決斷圖和邏輯決斷記錄

在完成FMEA 分析后，為了回答第6 個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)已經(jīng)分析出的故障原因進(jìn)行邏輯決斷。邏輯決斷是通過(guò)對(duì)設(shè)置問(wèn)題回答的方式來(lái)確定分析的走向。設(shè)置的問(wèn)題分為兩個(gè)方面，一是回答故障的影響，二是回答維修工作的具體工作類型。

在故障影響的問(wèn)答結(jié)果中，答案分為兩個(gè)層次，第一層次回答故障是屬于顯性故障還是隱蔽性故障，第二層次回答故障是屬于安全性后果影響、任務(wù)性后果影響還是經(jīng)濟(jì)性后果影響。兩個(gè)層次的結(jié)論可組成6 種影響模式，分別是顯性安全性后果、顯性任務(wù)性后果、顯性經(jīng)濟(jì)性后果、隱蔽性安全性后果、隱蔽性任務(wù)性后果、隱蔽性經(jīng)濟(jì)性后果?；卮疬^(guò)程見圖5。

圖5 故障影響邏輯決斷過(guò)程

在故障的維修工作類型中，安全性、任務(wù)性和經(jīng)濟(jì)性后果的回答模式略有不同，其決斷過(guò)程見圖6。維修工作類型分為5種：保養(yǎng)、操作人員監(jiān)控、功能檢測(cè)、定時(shí)拆修、定時(shí)報(bào)廢。具體內(nèi)容：①保養(yǎng)：表面清洗、擦拭、添加潤(rùn)滑劑、充電、緊固等行為；②操作人員監(jiān)控：操作人員在正常使用時(shí)對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行的監(jiān)控；③功能檢測(cè)：按計(jì)劃進(jìn)行的以檢查潛在故障為目的的維修工作；④定時(shí)拆修：項(xiàng)目使用到規(guī)定時(shí)間予以拆修，使其恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)；⑤定時(shí)報(bào)廢：項(xiàng)目使用到規(guī)定時(shí)間予以廢棄。在維修邏輯決斷時(shí)，可能出現(xiàn)兩種及以上的預(yù)防性維修工作結(jié)合使用。如果以上方法都無(wú)法解決問(wèn)題時(shí)，需要考慮其他工作類型，如果仍無(wú)法解決，則應(yīng)考慮更改其設(shè)計(jì)，用以提高設(shè)備可靠性。

圖6 故障維修類型邏輯決斷過(guò)程

以人孔法蘭支架“2A1”故障為例，說(shuō)明邏輯決斷過(guò)程，其故障模式是水平調(diào)整功能失效，故障原因是軸承磨損卡澀，回答故障影響邏輯決斷流程問(wèn)題，其故障功能對(duì)操作人員是明顯的，故障發(fā)生時(shí)水平調(diào)整機(jī)構(gòu)無(wú)法使用，但該故障不會(huì)對(duì)安全造成直接后果，對(duì)檢查結(jié)果的精確度會(huì)產(chǎn)生影響，所以該故障是顯性任務(wù)性后果。在回答維修邏輯決斷的問(wèn)題時(shí)，故障維修依次適合保養(yǎng)和功能檢測(cè)，因此會(huì)采用這兩種維修方式對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，所以故障模式邏輯決斷的問(wèn)題回答以表格填寫“Y”或“N”的方式進(jìn)行記錄，并對(duì)選擇的措施詳細(xì)描述，人孔法蘭支架水平調(diào)整裝置的“2A1”故障模式分析記錄見圖7。

圖7 人孔法蘭支架維修工作分析表

2.5 預(yù)防性維修任務(wù)制定

以上維修分析單填寫內(nèi)容只是在理論上對(duì)維修工作定性，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，維修間隔期的確定是非常重要的一環(huán)，其確定需要故障數(shù)據(jù)的積累、工作人員的維修經(jīng)驗(yàn)并且有相應(yīng)的數(shù)學(xué)建模才能得出最優(yōu)解。在進(jìn)行初始RCM 設(shè)備分析時(shí)，先以設(shè)計(jì)人員、維修經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定維修周期。維修周期確定后在人孔法蘭支架維修工作分析表的維修分析單最后一格填上相應(yīng)的維修間隔周期。

2.6 分析結(jié)果

通過(guò)2.1～2.5 節(jié)步驟的一步步實(shí)施，最終得到穩(wěn)壓器CCTV設(shè)備需采取預(yù)防性維修的部件及維修措施（表1）和設(shè)備維保和使用前檢查項(xiàng)（表2）。另外，分析發(fā)現(xiàn)4 條設(shè)備改進(jìn)項(xiàng)，改進(jìn)后可進(jìn)一步提升設(shè)備可靠性，見表3。

表1 需采取預(yù)防性維修部件

表2 維保和設(shè)備使用前的檢查項(xiàng)

表3 設(shè)備改進(jìn)項(xiàng)

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)穩(wěn)壓器CCTV 設(shè)備實(shí)施RCM 理論分析，對(duì)設(shè)備本身的故障模式和內(nèi)在聯(lián)系有了深刻認(rèn)識(shí)，同時(shí)在保守條件下確定的維修間隔周期也改變了過(guò)去對(duì)不同維保人員產(chǎn)生不同維保內(nèi)容的現(xiàn)狀，使得設(shè)備管理連貫統(tǒng)一。另外，CCTV 設(shè)備本身屬于非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備，RCM 理論的探索實(shí)施也為其他在役檢查非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備的維修管理提供了應(yīng)用思路。

同時(shí)，對(duì)于此類型設(shè)備的維修管理應(yīng)用，除進(jìn)行分析應(yīng)用外，可在后續(xù)工作中朝以下方向努力。

（1）成立RCM 分析小組，并對(duì)小組成員進(jìn)行培訓(xùn)，了解RCM分析的基本原理和過(guò)程。RCM的開展必須依靠團(tuán)隊(duì)的力量。

（2）維修數(shù)據(jù)的積累。從分析過(guò)程可以看到，定量的維修間隔周期確定須以數(shù)據(jù)為支撐，隨著運(yùn)行過(guò)程的數(shù)據(jù)積累，不斷調(diào)整維修周期，形成維修大綱的動(dòng)態(tài)調(diào)整體系。

（3）建立適合在役檢查公司的非標(biāo)自動(dòng)化設(shè)備RCM 技術(shù)體系，建立過(guò)程可由試點(diǎn)設(shè)備逐漸總結(jié)經(jīng)驗(yàn)推廣至所有關(guān)鍵設(shè)備。

（4）建立預(yù)防性維修大綱管理平臺(tái)，依靠信息管理模式，在為RCM 持續(xù)改進(jìn)提供可靠數(shù)據(jù)來(lái)源的同時(shí)，也能為其他的設(shè)備管理工作開展提供數(shù)據(jù)支持。