航空油料儲(chǔ)運(yùn)RAMS管理體系設(shè)計(jì)與應(yīng)用

鐘安志 王詠 巫良杰 王小鋒 朱輝

摘 要：由于航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中的油料高度集中，所以需要對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備的可靠性進(jìn)行保證，減少系統(tǒng)設(shè)備的失效性。將可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性等RAMS管理思想引入到航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)中，建立航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)的RAMS管理體系，并對(duì)其在全生命周期各階段進(jìn)行管理。從RAMS管理的角度，對(duì)航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)的RAMS管理應(yīng)用進(jìn)行了探討，并對(duì)RAMS在各個(gè)環(huán)節(jié)中的工作重點(diǎn)與難度進(jìn)行了分析，以確保航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)的全生命周期的安全管理。

關(guān)鍵詞：航空油料儲(chǔ)存系統(tǒng)；航空油料運(yùn)輸系統(tǒng)；RAMS管理；全生命周期

中圖分類號(hào)：X9;TP311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2023）07-0111-04

Design and application of aviation fuel storage and RAMS management system

ZHONG Anzhi1，WANG Yong1，WU Liangjie2，WANG Xiaofeng1，ZHU Hui3

（1.China National Aviation Fuel Co.，Ltd.Chengdu Branch，Chengdu 610202，China；

2.JT Safety Emergency Engineering Technology Center （Chengdu） Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China;

3.Sichuan Fire Research Institute of MEM，Chengdu 610037，China

）

Abstract：

Due to the high concentration of aviation fuel in the storage and transportation processes，ensuring the reliability of equipment at every stage becomes essential to reduce the risk of system failures.RAMS management concepts，including reliability，availability，maintainability，and safety，are introduced into the aviation fuel storage and transportation system.A comprehensive RAMS management system is established for the aviation fuel storage and transportation system，and it is implemented throughout all stages of the system's lifecycle.From the perspective of RAMS management，the application of this system in aviation fuel storage and transportation is explored，and the focus areas and challenges at each stage are analyzed.This approach ensures the safety management of the aviation fuel storage and transportation system throughout its entire lifecycle.

Key words：aviation fuel storage system;aviation oil transportation system;RAMS management;full life cycle

RAMS管理是從可靠性工程發(fā)展而來的，從20世紀(jì)60年代開始，RAMS的管理逐漸向可維護(hù)性、安全性等方面發(fā)展。直至現(xiàn)在，可用性也逐漸被納入其中。RAMS管理技術(shù)是一種對(duì)產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和售后服務(wù)過程進(jìn)行嚴(yán)格RAMS保障的一系列技術(shù)，該管理技是最早被用于民用航空和軍工等行業(yè)。由于航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中的油料高度集中，所以需要對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性進(jìn)行保證，減少系統(tǒng)設(shè)備的失效性。將可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性等RAMS管理思想引入到航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)中，建立航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)的RAMS管理體系，并對(duì)其在全生命周期各階段進(jìn)行管理。

1 RAMS管理簡介

RAMS是由4個(gè)英文縮寫構(gòu)成的，分別是：可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可維護(hù)性（Maintainability）、安全性（Safety）［1］。RAMS管理是針對(duì)企業(yè)、工程、設(shè)備設(shè)施等長時(shí)間運(yùn)行特點(diǎn)，在全生命周期中運(yùn)用可靠性管理理念、方法與技術(shù)而形成的一種管理方法［2-4］。

可靠性（Reliability），是指在給定的操作環(huán)境中，一種設(shè)備或設(shè)施能夠在一定時(shí)期內(nèi)，保持該設(shè)備或設(shè)施預(yù)設(shè)的功能。設(shè)備或設(shè)施的可靠性具有以下3個(gè)特點(diǎn)：（1）重點(diǎn)考慮故障失效；（2）運(yùn)用量化表達(dá)式，對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行判定；（3）評(píng)估故障失效對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備設(shè)施實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)功能的影響。通過兩個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)評(píng)價(jià)設(shè)備或設(shè)施的可靠性：MTBF的平均故障失效時(shí)間和MTBSF的平均使用失效時(shí)間。

可用性（Availability），指的是一種設(shè)備或設(shè)施在任何時(shí)刻進(jìn)入到生產(chǎn)工作中時(shí)，一種設(shè)備或設(shè)施處于可正常工作狀態(tài)的能力，具體包含了維修保障能力及使用保障能力。

可維護(hù)性（Maintainability），指的是在給定的工況下以及在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)，按照預(yù)設(shè)的工作程序及方法進(jìn)行維修時(shí)，能夠?qū)⒃O(shè)備或設(shè)施維持或恢復(fù)到其預(yù)設(shè)工作狀態(tài)的能力。可維護(hù)性有3個(gè)特點(diǎn)：（1）聚焦于故障，是一項(xiàng)以故障恢復(fù)為目標(biāo)的行為；（2）能夠?qū)υO(shè)備或設(shè)施進(jìn)行修理，以表示設(shè)備或設(shè)施修理的難度；（3）一種被賦予在設(shè)備或設(shè)施設(shè)計(jì)中的內(nèi)在特性?？删S護(hù)性以2個(gè)參數(shù)為基礎(chǔ)：MTTR平均修復(fù)時(shí)間，Mmax最大修復(fù)時(shí)間。

安全性（Safety），是指在設(shè)備或設(shè)施中不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)事件的能力。安全性是指在設(shè)備運(yùn)行、維修、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)中，在不同工作狀態(tài)下，可能出現(xiàn)的各種危險(xiǎn)事件，其主要包括人身傷亡，財(cái)產(chǎn)損失，環(huán)境污染等［5］。

2 RAMS管理目標(biāo)

2.1 提高設(shè)備可靠性和可用性

由于航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中的油料高度集中、儲(chǔ)運(yùn)量較大。航空油料的供給與民用航空的正常運(yùn)行有著密切的聯(lián)系，所以需要對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)中的油料輸送管道、閥門、儲(chǔ)罐、控制系統(tǒng)、加注系統(tǒng)等設(shè)備的可靠性進(jìn)行保證，減少系統(tǒng)設(shè)備的失效性。因此，必須強(qiáng)化設(shè)備或設(shè)施RAMS的管理，才能從源頭上確保航空油料供給的穩(wěn)定性［6-7］。

2.2 減少設(shè)備故障對(duì)油料供應(yīng)影響

在與航空油料供應(yīng)有關(guān)的設(shè)備或設(shè)施運(yùn)行過程中，RAMS管理的應(yīng)用需要對(duì)其進(jìn)行深入的研究與規(guī)劃，從而達(dá)到如下目的。一是降低設(shè)備或設(shè)施的停機(jī)與維修；二是降低由于系統(tǒng)裝置失效而引起的航空油料供應(yīng)中斷。所以，RAMS管理的目的就是要保證設(shè)備或設(shè)施能夠完成指定的功能，并且在發(fā)生故障失效時(shí)，盡量減少安全隱患［8］。

3 RAMS管理工具

將RAMS管理理論應(yīng)用于設(shè)備或設(shè)施全過程的質(zhì)量管理中，經(jīng)常會(huì)運(yùn)用到科學(xué)技術(shù)的手段，利用這些技術(shù)手段系統(tǒng)地、科學(xué)地、客觀地、全面地、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)設(shè)備或設(shè)施的質(zhì)量。通常根據(jù)在其可靠特性采用：（1）危險(xiǎn)程度分析（Hazard Analysis）；（2）故障模式、影響和危害分析（FMECA）；（3）失效模式和效應(yīng)分析（FMEA）；（4）故障報(bào)告、分析及糾正措施 （Failure Reports，F(xiàn)RACAS）；（5）故障樹分析 （Failure Tree Analysis，F(xiàn)TA）等。作為現(xiàn)代RAMS管理中常用的一種技術(shù)手段，故障樹分析方法是一種在當(dāng)代RAMS管理中經(jīng)常使用的技術(shù)方法，它可以通過一種邏輯的方式，形象地完成對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)的分析，直觀明了，思路簡單，條理清晰，邏輯性強(qiáng)，既可以進(jìn)行定性也可以進(jìn)行量化。這體現(xiàn)了運(yùn)用系統(tǒng)思想對(duì)企業(yè)的安全問題進(jìn)行分析與討論時(shí)所具有的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和前瞻性［9-10］。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合RAMS在全生命期內(nèi)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備相關(guān)成本的有效的控制。全生命周期的設(shè)備相關(guān)成本是一種在設(shè)備從規(guī)劃，研發(fā)，設(shè)計(jì)，生產(chǎn)，運(yùn)行，組裝調(diào)整，使用，維修，更新改造，直至退役的總費(fèi)用。

除此之外，在進(jìn)行系統(tǒng)的RAMS管理時(shí)，還可以利用系統(tǒng)的邏輯和數(shù)學(xué)模式，進(jìn)行可靠性的研究和改善，一般都是建立在一個(gè)比較一致的數(shù)據(jù)模式上［11］。

3.1 RAMS管理分析過程

RAMS管理分析技術(shù)是通過對(duì)所采集到的每一個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納，從而計(jì)算出每一個(gè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的失效的概率，進(jìn)而對(duì)每一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行定量分析與評(píng)價(jià)。同時(shí)，對(duì)這一風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施的監(jiān)控、檢測或檢修的各種方案的利弊進(jìn)行定量比較，以幫助管理者做出合理的管理決策。這一工作既可以是單一的元件，產(chǎn)品，設(shè)備，也可以是在整個(gè)項(xiàng)目的不同時(shí)期，針對(duì)不同的設(shè)備，不同的系統(tǒng)。

RAMS管理分析技術(shù)是將最初的分析結(jié)果持續(xù)地對(duì)比、優(yōu)化，直至達(dá)到每個(gè)系統(tǒng)所設(shè)置的可靠度、可用度的目標(biāo)為止。在進(jìn)行分析之前，應(yīng)對(duì)航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸設(shè)備設(shè)施，設(shè)計(jì)壽命，投資回報(bào)率等進(jìn)行量化評(píng)估；在此基礎(chǔ)上，利用可靠性框圖（RBD）方法，構(gòu)建了RAMS系統(tǒng)的分析模型［12-14］。

3.2 可靠性模型

使用工藝流程圖來建立每個(gè)系統(tǒng)的可靠性框圖RBD，然后再從可靠性框圖RBD中推斷出系統(tǒng)各個(gè)組成設(shè)備或設(shè)施的可靠性，進(jìn)一步得出各個(gè)組成設(shè)備或設(shè)施可靠性與系統(tǒng)可靠性之間的關(guān)系，該模型即系統(tǒng)的RAMS管理分析模型?？煽啃钥驁DRBD用圖表的方式表示了在RAMS管理分析模型中，設(shè)備部件之間的邏輯關(guān)系。可靠性框圖RBD為RAMS的管理模式提供了一個(gè)可靠的框架，其描述了RAMS管理的各部分之間的相互聯(lián)系，以及這些聯(lián)系對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生的作用。

在RAMS管理的應(yīng)用中，最常用的一種模式是串聯(lián)模型，它隱含著“木桶效應(yīng)”的思維方式，其可靠性為各部件可靠性的乘積。但是，在日常工作中，并聯(lián)系統(tǒng)屬于一種最簡單的冗余系統(tǒng)，相對(duì)于串聯(lián)模型，這種系統(tǒng)有著可改善可靠性的優(yōu)點(diǎn)，很明顯并聯(lián)的系統(tǒng)部件越多，系統(tǒng)的可靠性就會(huì)越高。

3.3 可靠性指標(biāo)

可靠性指的是在一定的情況下，在一定的時(shí)間內(nèi)，設(shè)備或設(shè)施能夠達(dá)到用戶所期望的功能的能力。這個(gè)指標(biāo)通常采用的是概率的方法來衡量可靠性的能力，也就是可靠度。故障是指設(shè)備或設(shè)施在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行、維護(hù)、環(huán)境及管理等方面發(fā)生的故障。因此，大多數(shù)的設(shè)備或設(shè)施的可靠度都是用失效時(shí)間來表達(dá)。

（1）平均無故障時(shí)間（MTTF），指設(shè)備或設(shè)施投入運(yùn)行到發(fā)生故障間隔時(shí)間的平均值。

MTTF=1nΣni=1ti

式中，t為設(shè)備或設(shè)施投入生產(chǎn)過程到發(fā)生故障間隔時(shí)間；n為設(shè)備或設(shè)施抽樣樣本的總數(shù)；

（2）平均故障失效間隔時(shí)間（MTBF），是設(shè)備或設(shè)施在發(fā)生2次故障失效之間的平均工作時(shí)間，其表達(dá)了能夠在一段既定時(shí)間里維持設(shè)備或設(shè)施正常工作的性能，若間隔時(shí)間越長，則說明其可靠性越高。

MTBF=Σni=1t′iΣni=1mi

式中：t′為設(shè)備或設(shè)施累計(jì)正常生產(chǎn)工作的時(shí)間；n為設(shè)備或設(shè)施抽樣樣本的總數(shù)；m為設(shè)備或?qū)嵤?shí)際維修次數(shù)；

（3）平均首次故障時(shí)間（MTTFF），指設(shè)備設(shè)施投入運(yùn)行到發(fā)生首次故障平均間隔時(shí)間。

MTTFF=1nΣni=1tni

式中：t"為投入運(yùn)行到發(fā)生首次故障間隔時(shí)間；n為設(shè)備或設(shè)施抽樣樣本的總數(shù)。

3.4 安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)

安全性是在一定的條件下和在指定的時(shí)間內(nèi)，設(shè)備或設(shè)施不發(fā)生被使用者所不能承受的風(fēng)險(xiǎn)的概率，通常使用多因素的等級(jí)對(duì)安全性能力及安全度進(jìn)行衡量。

（1）出現(xiàn)度等級(jí)（OPR），其是在故障模式中出現(xiàn)的可能程度；

（2）嚴(yán)重度等級(jí)（ESR），指在故障模式中造成后果的嚴(yán)重程度；

（3）檢測度等級(jí)（DDR），表示檢測到失效模式發(fā)生的容易程度；

（4）風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)值（RPN），是一種用于評(píng)估設(shè)備或設(shè)施OPR、ESR以及DDR等因素對(duì)設(shè)備或設(shè)施的影響程度的評(píng)估數(shù)值；

（5）安全度等等級(jí)（DS），即將RPN作為一個(gè)基數(shù)來計(jì)算的安全性等級(jí)［14］。

3.5 可維護(hù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

可維護(hù)性是指在特定條件下，在預(yù)設(shè)的時(shí)間內(nèi)，通過設(shè)定好的維護(hù)維修程序和方法，對(duì)設(shè)備或設(shè)施進(jìn)行維修時(shí)，能夠使其保持并恢復(fù)到能夠?qū)崿F(xiàn)用戶預(yù)期基本功能的狀態(tài)。一般來說，可維護(hù)性能力可以用概率來衡量，并通過非降函數(shù)來顯示維護(hù)度與時(shí)間的關(guān)系，通常記作M（t）。

M（t）=p（t>T）

式中：t為規(guī)定的維護(hù)時(shí)間；T為實(shí)際維護(hù)時(shí)間。

設(shè)備或設(shè)施的維護(hù)性能指標(biāo)通常使用維護(hù)時(shí)間來衡量。

（1）平均維護(hù)時(shí)間（MTTR），是指設(shè)備或設(shè)施從發(fā)生故障到可重新運(yùn)行的平均間隔時(shí)間。維護(hù)時(shí)間主要包括故障識(shí)別時(shí)間、獲取設(shè)備或設(shè)施備件時(shí)間、維護(hù)人員響應(yīng)時(shí)間、維護(hù)工作時(shí)間和重新運(yùn)行準(zhǔn)備時(shí)間等。

MTTR=ΣniΣmj=1tij

Σni=1mi

式中：t為設(shè)備或設(shè)施從發(fā)生故障到可重新運(yùn)行間隔時(shí)間；n為設(shè)備或設(shè)施抽樣樣本的總數(shù)；m為設(shè)備或?qū)嵤?shí)際維修次數(shù)。

（2）中位維護(hù)時(shí)間（MRT），是指修復(fù)設(shè)備或設(shè)施故障，使其可用度達(dá)到50%所需要使用的時(shí)間，通常記作tM（0.50）；

（3）最大維修時(shí)間（GRT），是指修復(fù)設(shè)備或設(shè)施故障，使其可用度達(dá)到95%所需要使用的時(shí)間，通常記作tM（0.95）。

3.5 可用性評(píng)價(jià)指標(biāo)

可用性是設(shè)備或設(shè)施在特定時(shí)刻能夠正常運(yùn)行，滿足用戶需求的能力。它是設(shè)備或設(shè)施正常運(yùn)行時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的期望比率，反映設(shè)備或設(shè)施的可靠性和可維護(hù)性?？捎眯允且环N綜合性指標(biāo)，可用度（A）被用作其中的可靠性指標(biāo)。

A=MTBFMTBF+MTTR

從上式可以看出，可用性是一種用于測量設(shè)備或設(shè)施功能工作效率的指數(shù)，可用性越高，表示設(shè)備或設(shè)施工作效率越高。

4 RAMS管理應(yīng)用探討

4.1 RAMS管理團(tuán)隊(duì)

RAMS的管理小組主要負(fù)責(zé)航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)的RAMS的管理，并對(duì)儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)的各種設(shè)備或設(shè)施的可靠性、可用性、可維護(hù)性、安全性等方面進(jìn)行全面的跟蹤。

（1）制訂RAMS的管理程序；

（2）負(fù)責(zé)航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸體系中與質(zhì)量管理體系有關(guān)的工作；

（3）與工程師、行政等部門密切合作，將RAMS的管理思想貫徹到整個(gè)油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)的生命周期中；

（4）保證RAMS的各項(xiàng)管理目標(biāo)符合公司的需要；

（5）制訂RAMS的管理方案，并為RAMS的管理提供充足的資金；

（6）對(duì)RAMS的管理狀況及進(jìn)展進(jìn)行跟蹤［3］。

4.2 RAMS管理生命周期

RAMS管理生命周期的劃分是根據(jù)航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)對(duì)RAMS的要求而進(jìn)行的，它是一個(gè)對(duì)整個(gè)航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行RAMS工作的整體規(guī)劃。具體包含：（1）明晰RAMS在各個(gè)階段的管理工作；（2）RAMS管理的責(zé)任劃分；（3）明晰RAMS在各個(gè)階段的工作結(jié)果；（4）建立RAMS在每個(gè)階段的審計(jì)需求。

4.3 RAMS各階段審計(jì)

對(duì)RAMS的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行審計(jì)，是整個(gè)航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)RAMS管理過程中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是確保RAMS得以有效執(zhí)行的重要途徑?？蓪徲?jì)階段劃分為階段審計(jì)、項(xiàng)目審計(jì)。

階段審計(jì)是指當(dāng)RAMS管理進(jìn)入某個(gè)階段，進(jìn)入下一個(gè)階段時(shí)，進(jìn)行的一個(gè)階段審計(jì)。審計(jì)結(jié)果是一個(gè)重要的參考，它的工作有：（1）對(duì)RAMS的管理要求進(jìn)行審計(jì)，并對(duì)RAMS工作內(nèi)容的完成進(jìn)行審計(jì)；（2）對(duì)RAMS管理所提的問題進(jìn)行審計(jì)，以確保其改善或解決；（3）對(duì)承包商的RAMS管理和作業(yè)進(jìn)行審計(jì)，以確保其符合RAMS的規(guī)定。

RAMS項(xiàng)目審計(jì)的種類有：（1）RAMS分系統(tǒng)工作方案審計(jì)；（2）對(duì)RAMS分析所涉及的項(xiàng)目進(jìn)行審查；（3）主要失效分析與失效報(bào)告、分析與糾正行動(dòng)（FRA-CAS）體系檢討［15-16］。

4.4 RAMS管理在油料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

在航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸系統(tǒng)中，RAMS管理的應(yīng)用范圍包括：（1）管路和罐體；（2）自動(dòng)控制系統(tǒng)；（3）閥門等。

5 結(jié)語

影響航空油料儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)闹饕蛩赜校喊踩?、可靠性和?jīng)濟(jì)性。根據(jù)航空油料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的RAMS管理特征，構(gòu)建了一套適合于航空油料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的RAMS管理體系，并對(duì)RAMS在整個(gè)生命周期每個(gè)階段的管理需求進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，可以讓RAMS管理在航空油料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的每個(gè)階段都進(jìn)行貫徹，并把它的管理成效反饋到實(shí)踐中去，以此來進(jìn)一步改善和完善航空油料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的管理，進(jìn)而提升航空油料供應(yīng)的可靠性。

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