軌道交通裝備的失效模式管理

楊文棟 趙剛

一、引言

軌道交通裝備的服役期往往達10年以上，由于系統(tǒng)復(fù)雜度高、應(yīng)用環(huán)境惡劣、使用維護不當(dāng)?shù)仍驎a(chǎn)生形式多樣的故障。無論是責(zé)任或非責(zé)任故障，都會對運營造成不良影響，軌道交通裝備滿足良好的RAMS特性，即可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可維修性（Maintainability）和安全性（Safety）的同時，仍然需要考慮故障的預(yù)防和故障處理技術(shù)服務(wù)。

根據(jù)軌道交通裝備的特點，故障預(yù)防和故障處理應(yīng)納入統(tǒng)一的失效模式管理，以形成知識沉淀，使裝備制造企業(yè)能夠根據(jù)故障發(fā)生概率、故障原因，有針對性的提高產(chǎn)品可靠性、優(yōu)化修程，并且?guī)椭脩艨焖俚膽?yīng)急處置、正確的處理故障，更進一步的價值是根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和故障機理進行裝備的狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷和故障預(yù)測。本文從知識沉淀和分類管理角度探討軌道交通裝備的失效模式管理方法。

二、失效模式管理的知識沉淀過程

失效模式知識沉淀的過程主要包括面向故障預(yù)防的失效模式分析，面向故障機理的故障樹分析和面向故障處理的閉環(huán)管理三個過程。

（一）失效模式分析

失效模式及后果分析（Failure Mode and Effects Analysis，簡稱FMEA），是在產(chǎn)品設(shè)計階段和過程設(shè)計階段，對構(gòu)成產(chǎn)品的子系統(tǒng)、零件，對構(gòu)成過程的各個工序逐一進行分析，找出所有潛在的失效模式，并分析其可能的后果，從而預(yù)先采取必要的措施，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性的活動。

（二）故障樹分析

故障樹分析（Fault Tree Analysis，簡稱FTA）是系統(tǒng)分析的一種技術(shù)，它從單個的潛在失效模式來識別所有的可能原因，分析系統(tǒng)失誤。FTA考慮的是相互關(guān)聯(lián)的原因以及獨立原因。除了故障樹結(jié)構(gòu)和所有的邏輯關(guān)聯(lián)，通常FTA還包括了失效可能性的識別，從而可以從零部件的可靠性來計算系統(tǒng)可靠性。故障樹的建立步驟如下：

1. 選擇和確定頂事件（可以為故障模式、系統(tǒng)故障代碼）

2. 分析頂事件，尋找引起頂事件發(fā)生的直接、必要和充分的原因，將頂事件作為輸出事件，將所有直接原因作為輸入事件，并根據(jù)這些事件實際的邏輯關(guān)系用適當(dāng)?shù)倪壿嬮T相聯(lián)系。

3. 逐級向下分解，直到所有的輸入事件不能再分解或不必再分解為止。

（三）基于失效模式知識庫的故障閉環(huán)管理

故障閉環(huán)管理為現(xiàn)場處理閉環(huán)和管理閉環(huán)兩個過程，根據(jù)故障等級，輕微故障僅需要現(xiàn)場處理閉環(huán)，重點故障進行管理閉環(huán)，重點故障閉環(huán)過程需完善如下內(nèi)容：

D1：小組成員，確定故障提交、診斷、處理及制定措施的相關(guān)部門及人員。

D2：問題描述，檢索功能對象、失效模式，明確是否為新的失效模式，新故障模式則D2至D7內(nèi)容全部需要制定并納入知識庫。

D3：即日糾正措施，檢索失效模式相應(yīng)的即日糾正措施并執(zhí)行，必要時完善即日糾正措施。

D4：明確和核實根本原因，檢索失效模式相應(yīng)的故障樹及可能的原因，進行診斷分析，若發(fā)現(xiàn)新的原因，納入知識庫。

D5：永久性糾正措施，檢索失效模式相應(yīng)的既有永久性糾正措施，必要時進行更新完善。

D6：糾正措施效果驗證，跟蹤監(jiān)控，確保故障隱患消除。

D7：預(yù)防再現(xiàn)措施，檢索失效模式相應(yīng)的既有預(yù)防再現(xiàn)措施，必要時進行完善。

D8：客戶確認及評價。

三、軌道交通裝備的失效模式分類方法

對失效模式分類是進行裝備可靠性分析的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的故障分類是根據(jù)嚴重度、責(zé)任方、系統(tǒng)及部件進行分類，較前沿的做法是運用機器學(xué)習(xí)技術(shù)進行數(shù)據(jù)認知（例如季節(jié)規(guī)律、地域規(guī)律）。

（一）失效模式的人工分類方法

1.嚴重度分級管理

基于失效模式嚴重度的分級，根據(jù)軌道交通行業(yè)的特點將FMEA的10級簡化對應(yīng)到5級（輕微、一般功能故障、影響旅客舒適、影響行車秩序、影響行車安全）便于現(xiàn)場操作，故障等級將影響故障的閉環(huán)管理流程，輕微故障僅需現(xiàn)場閉環(huán)管理，重點故障需進行管理閉環(huán)。

2.責(zé)任分類管理

結(jié)合“人、機、料、法、環(huán)”的原則，按責(zé)任方進行分類，如設(shè)計問題、工藝問題、施工質(zhì)量問題、合作方施工問題、配件質(zhì)量問題、軟件升級問題、使用維護問題、外部環(huán)境問題。故障分類也將影響故障的閉環(huán)管理流程，如果是責(zé)任問題，由相應(yīng)責(zé)任方進行進一步分析處理。

3.按系統(tǒng)及部件分類管理

根據(jù)裝備構(gòu)型信息，提供按照系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件進行分類，實現(xiàn)故障定位到系統(tǒng)、子系統(tǒng)和部件，便于故障進行查詢和統(tǒng)計分析。

（二）失效模式的機器學(xué)習(xí)分類方法

機器學(xué)習(xí)通過大數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)許多有價值的規(guī)律，例如失效模式的季節(jié)規(guī)律、地域分布規(guī)律、用戶規(guī)律、產(chǎn)品在不同壽命階段的故障規(guī)律等，進行有效的預(yù)測分析，并且提供相應(yīng)決策支持。

四、結(jié)語

通過知識沉淀過程管理和分類管理有助于有效的進行失效模式管理，從而將質(zhì)量問題數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎眯畔⒉Ⅱ?qū)動質(zhì)量提升，更進一步的價值是根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計和故障機理進行裝備的狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷和故障預(yù)測。