孫偉峰，張興芳，宣征南，劉雁，李志海

（1太原理工大學化學化工學院，山西 太原 030024；2廣東石油化工學院，廣東 茂名 525000）

以可靠性為中心的維修理論認為，一切維修活動歸根結(jié)底都是為了保持和恢復設(shè)備的可靠性[1]。根據(jù)設(shè)備的可靠性狀況，基于可靠性的維修（RCM）是以最少的資源消耗，進行裝置系統(tǒng)劃分，用邏輯決斷分析法來確定所需要的維修任務、維修類型、維修間隔期和維修級別，制定出預防性維修大綱，從而達到優(yōu)化維修并維持裝備可靠性的目的[2-3]。RCM的基本分析流程和外圍工作如圖1所示[4]。

20世紀60年代末在美國航空界，首次應用RCM制定維修大綱的是波音747 公司[5]。1988年，John Moubray針對工業(yè)設(shè)備發(fā)展了“Failure Mode，Effect and Criticality Analysis”的概念[6]，并稱之為“以可靠性為中心的維修”。1991年，John Moubray提出了 RCMⅡ[7]，強調(diào)了可靠性的主要特點和故障性質(zhì)，也強調(diào)了環(huán)境保護問題。RCM很早就在國外大型石化公司如ExxonMobil、ConocoPhillips等應用成功[8]。著名風險評價專業(yè)公司挪威船級社（DNV）[9]，很早開始就一直為石油石化企業(yè)提供設(shè)備維護的RCM 咨詢服務。英國天然氣輸送公司UK Gas采用RCM理論制定維護計劃，既降低了故障率，又節(jié)省了大量維護開支[10]。加拿大NOVA 天然氣輸送公司也采用了RCM理論正在逐步滿足社會越來越高的安全和環(huán)境的要求[11]。相比國外，國內(nèi)將RCM引進石化領(lǐng)域的時間就比較晚，為了更好地在石化領(lǐng)域開展RCM分析，因此借鑒其他領(lǐng)域RCM發(fā)展的經(jīng)驗是十分有必要的。下面首先介紹了RCM在航空和武器裝備兩個領(lǐng)域發(fā)展中遇到的問題和解決方案，研究熱點等。并分別對比航空、武器領(lǐng)域，反觀石化領(lǐng)域應用RCM的同類熱點、難點等，并總結(jié)了幾點可借鑒的RCM發(fā)展經(jīng)驗。然后單獨介紹了幾個RCM在石化領(lǐng)域發(fā)展的焦點問題和最新研究成果。最后總結(jié)三個領(lǐng)域RCM總體發(fā)展狀況，為RCM在石化領(lǐng)域今后的發(fā)展作參考。

1 RCM在航空領(lǐng)域的發(fā)展經(jīng)驗對其在石化領(lǐng)域發(fā)展的指導

RCM首先在航空界有較大發(fā)展，美國波音747公司在20世紀90年代應用大量可靠性維修性數(shù)據(jù)和成果使維修費用降低15%[12]。從圖1看RCM分析都要依賴于可靠性數(shù)據(jù)，然而我國民用飛機可靠性維修性工作卻缺乏基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[13]。小子樣系統(tǒng)評估是解決數(shù)據(jù)不足的一個手段，余國林[14]研究了飛機在小子樣系統(tǒng)評估方法。張恒喜教授、郭基聯(lián)博士等[15]建立了飛機小樣本壽命周期費用預測模型。由于數(shù)據(jù)缺乏，所以數(shù)據(jù)信息的充分利用尤為重要，何江[16]就基于信息融合技術(shù)研究了民航飛機可靠性數(shù)據(jù)分析，Niu等[17]提出了基于數(shù)據(jù)融合和以可靠性為中心的狀態(tài)檢測維修系統(tǒng)，為數(shù)據(jù)融合技術(shù)與RCM的結(jié)合提供了很好的理論借鑒。然而小子樣評估、數(shù)據(jù)融合技術(shù)等方法不能根本解決這一問題，建立可靠性數(shù)據(jù)庫才是解決問題的關(guān)鍵。其中耿端陽等[18]應用Access工具開發(fā)了裝備系統(tǒng)級維修經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫。在飛機維修中開發(fā)基于可靠性維修模型是研究的熱點，尤其是維修優(yōu)化模型。民用飛機的維修成本約為飛機購買價格的 50%～120%，是飛機全壽命周期成本中最具影響力的組成部分[19]，因此以維修成本最小為目標的維修優(yōu)化模型成為了研究熱點，這為航空領(lǐng)域RCM分析提供了科學的優(yōu)化策略。梁劍[20]以維修成本最小為目標建立了優(yōu)化的航空發(fā)動機視情決策模型。Dieter Scholz 教授和他的學生[21]提出了DOCsys 系統(tǒng)經(jīng)濟性分析模型方法直接用于評估飛機系統(tǒng)直接運營成本。

圖1 RCM分析流程圖[4]

總的來說，RCM在航空領(lǐng)域的發(fā)展難點之一在于缺乏廣泛的可靠性數(shù)據(jù)支持，熱點之一在于以維修的經(jīng)濟性為目標進行維修決策的優(yōu)化。RCM在化工領(lǐng)域的發(fā)展難點和熱點也囊括了這些。國內(nèi)化工裝置、設(shè)備以及零部件廣泛缺乏失效數(shù)據(jù)[22]。從航空領(lǐng)域RCM發(fā)展可以看出，要解決這一問題，需要建立各種化工設(shè)備的數(shù)據(jù)庫。國外已建成了Offshore Reliability Data（OREDA）數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫不但包括了靜設(shè)備，如反應器、容器的失效數(shù)據(jù)，還包括動設(shè)備壓縮機，泵等的失效數(shù)據(jù)[23]。其他可以借鑒的數(shù)據(jù)庫還有WASH21400 數(shù)據(jù)庫、Bib-electronic Parts Reliability Data Book （NPRD） 以及US Source of Power Generation Data （Industry Specific） 數(shù)據(jù)庫等。除此之外，上文中提到的小子樣系統(tǒng)評估和數(shù)據(jù)融合技術(shù)也能在一定程度上解決可靠性數(shù)據(jù)缺乏這一問題。石化領(lǐng)域的設(shè)備的維修優(yōu)化模型與航空領(lǐng)域一樣，主要是以經(jīng)濟性為目標，如郭麗潔等[24]以單位時間內(nèi)維修費用最小為目標建立了定量石化旋轉(zhuǎn)機械化視情維修周期優(yōu)化模型。

2 RCM在武器裝備領(lǐng)域的發(fā)展經(jīng)驗對其在石化領(lǐng)域發(fā)展的指導

RCM在軍事裝備領(lǐng)域推廣過程中主要遇到的問題有：缺乏可靠性數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)太繁雜造成的數(shù)據(jù)管理不科學；RCM邏輯決斷圖不完善；缺少定量的數(shù)學決策模型支持；缺乏高效科學的RCM決策支持系統(tǒng)等[25]。武器裝備缺乏可靠性數(shù)據(jù)的主要原因是：新式武器研發(fā)速度快，而且歷史維修數(shù)據(jù)少，建立可靠性數(shù)據(jù)庫是比較困難的。在這種情況下小樣本評估方法和數(shù)據(jù)融合等技術(shù)就發(fā)揮了作用。武器裝備種類多，每種武器有自身的特點，因此要根據(jù)武器裝備自身特點來修改圖1中RCM基本分析流程，建立更貼近實際應用的邏輯決斷流程。趙建忠等[26]根據(jù)導彈裝備自身特點，對國軍標GJB1378A[27]中規(guī)定的RCM項目進行了裁剪；黃建軍等[28]針對雷達的特點提出了改進的RCM分析過程。另外大型武器裝備所含設(shè)備數(shù)量及類型日益增大，而傳統(tǒng)逐件遞推的邏輯決斷分析過程繁雜，戴蓉等[29]根據(jù)傳統(tǒng)決斷過程的這一缺點，將風險評估引入決斷過程，過濾掉了風險低的項目故障，這種精簡RCM分析工作量的方法值得借鑒。對于決策過程缺乏模型支持，在航空領(lǐng)域主要提到了以維修經(jīng)濟性為目標的優(yōu)化決策模型，武器裝備中很多也是以維修經(jīng)濟性為目標制定維修周期模型的研究：龐明泰等[30]針對裝甲裝備定時維修過剩問題研究了以費用最小為目標的定時維修間隔期模型的建立；俞金松等[31]對導彈建立了以總費用最小、有效度最大的雙目標的維修周期模型。許多武器裝備系統(tǒng)或者民用工業(yè)設(shè)備，常常為了保證系統(tǒng)的可用度，需要對其進行定期檢查。因此，在武器裝備領(lǐng)域中，研究以最大有效度為目標制定的維修周期是很有意義的。除了文獻[31]，谷玉波等[32]研究了基于可用度分析的故障檢查間隔期的確定；劉福勝等[33]建立了裝甲裝備的穩(wěn)態(tài)可用度模型。

與武器裝備領(lǐng)域相同，石化領(lǐng)域的裝置和設(shè)備種類也是數(shù)不勝數(shù)，因此改進與裝置或設(shè)備相適應的分析決斷流程是十分必要的。文獻[24]依據(jù)旋轉(zhuǎn)機械的特性，提出了一種基于RCM的邏輯決斷過程，該文獻中的方法與文獻[29]都精簡了RCM分析流程的工作量，然而文獻[29]通過風險評估過濾了風險低的故障項目，王世達等[34]在對離心壓縮機進行RCM分析時也用到了文獻[31]中的方法，將風險矩陣引入到邏輯決斷中。文獻[4]開發(fā)了一種應用于往復式壓縮機的以可靠性為中心的智能維修決策模型，這種模型為企業(yè)開發(fā)制度化的設(shè)備管理模式奠定了基礎(chǔ)。前文主要介紹了石化領(lǐng)域以經(jīng)濟性為目標的維修周期優(yōu)化模型，但以穩(wěn)態(tài)可用度為目標的維修周期優(yōu)化模型則比較少。以穩(wěn)態(tài)可用度為目標的維修周期優(yōu)化模型主要用于長期放置不用的冗余設(shè)備，而化工裝置中有很多冗余設(shè)備，因此可以將武器裝備領(lǐng)域這一方面的應用逐步引進到石化裝置中。其中蘭建義等[35]依據(jù)最大有效度原則對煤化工中的綜采設(shè)備檢修周期進行了優(yōu)化，王娟等[36]依據(jù)最大有效度原則對加熱爐的預防性維修任務間隔期進行了優(yōu)化。

3 RCM在石化領(lǐng)域發(fā)展中的其他主要問題

在石化領(lǐng)域，除了前文提到的可靠性數(shù)據(jù)的獲取，RCM分析模型的建立以及優(yōu)化模型的建立是難點之外，RCM目前在石化領(lǐng)域的發(fā)展還有很多其他問題。目前很多學者在研究石化裝備的FMEA 分析，希望建立定量化的風險等級，而不單單只是摻雜很多主觀因素的邏輯決斷。項漢銀[37]研究了通過矩陣的方式代替FMEA邏輯決斷圖，從而量化風險等級。胡少波[38]對螺栓-法蘭系統(tǒng)在定性分析FMECA的基礎(chǔ)上，利用模糊數(shù)學法[39]提出基于RCM的定量分析方法，對該系統(tǒng)故障進行了風險評估，模糊數(shù)學法主要解決了風險分析中故障危害度的計算存在較大模糊性這一難題。FMEA或FMECA都是有局限性的，尤其是對于多功能，多零部件組成的復雜系統(tǒng)，進行分析很繁瑣，而且不能考慮人為因素、環(huán)境影響和軟件誤差造成的影響，一般將FMECA和故障樹分析法（FTA）結(jié)合使用效果更好[40]。

前文提到了以維修費用最少、有效度最大為目標的維修周期優(yōu)化模型，除了這兩種優(yōu)化模型，基于故障風險的維修間隔期優(yōu)化模型在機械領(lǐng)域也很盛行。Wang等[41]依據(jù)風險最優(yōu)化為目標優(yōu)化了預防性維修內(nèi)容和維修間隔期，張耀輝等[42]提出基于等故障風險理論，建立了新產(chǎn)品狀態(tài)維修變間隔期檢測模型；楊春節(jié)等[43]提出了帶可靠度約束的優(yōu)化模型，該可靠度應該控制在允許的最低可靠度以上，以保證設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)；韓邦軍等[44]針對大多數(shù)機械維修只考慮維修成本約束沒考慮可靠性約束提出了基于可靠度約束的預防性維修優(yōu)化策略。這類基于風險性或可靠性的優(yōu)化模型可適用于具有安全或環(huán)境影響的故障后果的機械產(chǎn)品狀態(tài)維修檢測間隔期的確定。石化方面應用這一成果比較少，然而石化行業(yè)有很多危及安全或環(huán)境的故障，所以在石化行業(yè)研究這類優(yōu)化模型很有意義。

4 RCM主要發(fā)展問題和經(jīng)驗借鑒

為了更好的觀察RCM發(fā)展問題、解決方案和應用經(jīng)驗，通過以上內(nèi)容，總結(jié)三個領(lǐng)域RCM總體發(fā)展狀況，并繪制成RCM主要發(fā)展問題和經(jīng)驗借鑒表，見表1。通過表1，更好的為RCM在石化領(lǐng)域今后的發(fā)展作參考。

5 結(jié) 論

（1）RCM在石化領(lǐng)域、航空領(lǐng)域、武器裝備領(lǐng)域等眾多領(lǐng)域中主要存在的問題是可靠性數(shù)據(jù)缺乏，RCM分析模型和優(yōu)化維修模型建立，開發(fā)符合特定裝備的RCM分析決斷模型。

（2）通過對比航空領(lǐng)域、武器裝備領(lǐng)域RCM的發(fā)展，并結(jié)合石化領(lǐng)域的RCM發(fā)展，總結(jié)了RCM在發(fā)展過程中的問題和主要經(jīng)驗借鑒方案表，見表1。

（3）了解了RCM 未來的發(fā)展方向，其中包括建立重要化工裝置、設(shè)備、零件的可靠性數(shù)據(jù)庫，建立依靠計算機輔助開發(fā)智能的維修管理系統(tǒng)，更多的建立支持RCM理論的分析模型和優(yōu)化模 型等。

表1 RCM主要發(fā)展問題和經(jīng)驗借鑒

[1] Rausand M. Reliability centered maintenance[J].Reliability Engineering and System Safety，1998（60）：121-132.

[2] Anthony M. (MAC) SMITH. RCM in a nutshell：The Learnings of Mac Smith[J].Webinar Review，2013，8（3）：12-16.

[3] Xie Chao，Sun Ming-fang，DU Jun-min .Research on the reliability centered maintenance plan of a launching system[J].International Journal of Plant Engineering and Management，2011，16（4）：243-248.

[4] 劉文彬，王慶峰，高金吉，等. 以可靠性為中心的智能維修決策模型[J]. 北京化工大學學報，2012，38（5）：672-677.

[5] 賈希勝，程中華. 以可靠性為中心的維修（RCM）發(fā)展動態(tài)[J]. 軍械工程學院學報，2002，14（3）：29-32.

[6] 羅冠軍. 基于RCM的電站設(shè)備維修管理系統(tǒng)的研究[D]. 北京：華北電力大學（北京），2009.

[7] John Moubray. Reliability Centered Maintenance[M]. Second Edition. Industrial Press，2001.

[8] 劉岑，黃汪平，杜洪奎. 以可靠性為中心的維護（RCM）技術(shù)在石化企業(yè)中的應用[J]. 通用機械，2005（12）：8-9.

[9] 張華兵，馮慶善，稅碧垣. RCM在石油化工設(shè)備維護中的應用[J]. 設(shè)備管理，2007（12）：28-30.

[10] Charlton G .Improving reliability whilst reducing OPEX – A case study(RCM)[C]//Amer Gas Ass Oper Sect Conf，Orlando，F(xiàn)L，4/27-29/2003，Preprint Proc.，2003：85-92.

[11] Risdon D J，Van Hardevel D T. Reengineering maintenance for dependability[C]//ASME International Pipeline Conference，1998：205-213.

[12] Bill Cogswell. New Boeing 737s on Target to Reduce Fleet Maintenance Cost by 15 Percent[R]. Boeing News Release，2001.

[13] 陳鵬飛，左洪福，王燁. 民機襟縫翼可靠性數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立及應用[J]. 質(zhì)量與可靠性，2008（6）：48-50.

[14] 余國林. 小子樣飛機系統(tǒng)使用可靠性評估方法研究與應用可靠性理論[D]. 南京：南京航空航天大學. 2005.

[15] 張恒喜，郭基聯(lián)，朱家元，等. 小樣本多元數(shù)據(jù)分析方法及應用[M]. 西安：西北工業(yè)大學出版社，2002.

[16] 何江. 基于信息融合的民用飛機可靠性數(shù)據(jù)分析方法研究[D]. 南京：南京航空航天大學，2011.

[17] Niu Gang，Yang Bo-Suk，Son Jong-Duk. Development of an optimized condition-based maintenance system by data fusion and reliability-centered maintenance[J].Reliability Engineering and System Safety，2010（95）：786-796.

[18] 耿端陽，郭濤. 基于RCM系統(tǒng)級維修任務分析軟件設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 航空維修與工程，2008（4）：37-39.

[19] Frank R. Assessment of the different costs linked to maintenance. Workshop maintenance on flugzeugen and triebwerken[J].TU München，2001：1-5.

[20] 梁劍. 基于成本優(yōu)化的民用航空發(fā)動機視情維修決策研究[D]. 南京：南京航空航天大學，2004.

[21] Scholz D. Leture aircraft design[D]. Hamburg：University of Applied Sciencies，2004.

[22] 朱建新，陳學東，艾志斌，等. 我國石化裝置風險管理體系建設(shè)設(shè)想[J]. 石油化工設(shè)備，2009，38（6）：45-49.

[23] Langseth H，Haugen K，Sandtorv H. Analysis of OREDA data for maintenance optimizations[EB/OL]. http：//www. idi. ntnu.no/～helgel/ papers/Langseth Haugen SandtorvRESS98.

[24] 郭麗杰，高金吉，楊劍鋒，等. 石化旋轉(zhuǎn)機械維修方式優(yōu)化[J]. 機械設(shè)計，2009，26（11）：61-64.

[25] 姚戰(zhàn)軍，羅明洋. 以可靠性為中心的維修推廣應用研究[J]. 裝備學院學報，2013，24（3）：122-124.

[26] 趙建忠，丁廣兵，郭宏超. 以可靠性為中心的維修分析在導彈武器裝備維修工作中的應用研究[J]. 質(zhì)量與可靠性，2012（1）：10-13.

[27] 中國人民解放軍總裝備部. GJB 1378A—2007，裝備以可靠性為中心的維修分析[S].

[28] 黃建軍，楊江平，張新生. 基于RCM的雷達裝備維修決策支持系統(tǒng)研究[J]. 計算機工程與設(shè)計，2011，32（8）：2909-2912.

[29] 戴蓉，康銳. RCM決斷流程和風險評估[J]. 航空維修，2001（6）：10-11.

[30] 龐明泰，郭金茂，張耀輝. 定時維修間隔期的優(yōu)化計算方法[J]. 四川兵工學報，2013（9）：39-40.

[31] 俞金松，程繼紅，張國. 導彈定時更換周期決策建模及仿真[J]. 艦船電子工程，2013（8）：94-97.

[32] 谷玉波，賈云獻，張英波. 基于可用度分析的故障檢查間隔期的確定[J]. 計算機與數(shù)字工程，2012（1）：42-45.

[33] 劉福勝，吳緯，單志偉，等. 基于馬爾可夫更新過程的裝甲裝備使用可用度模型[J]. 裝甲兵工程學院學報，2010（5）：15-17.

[34] 王世達，楊劍鋒. 以可靠性為中心的維修方法在離心壓縮機系統(tǒng)中的應用[J]. 中國設(shè)備工程，2009（11）：32-35.

[35] 蘭建義，喬美英. 基于有效度最大原則的綜采設(shè)備檢修周期的優(yōu)化[J]. 煤礦機械，2006（12）：22-24.

[36] 王娟，周炳海. 基于RCM 的設(shè)備維護方法[J]. 機械設(shè)計與研究，2011（2）：8-11.

[37] 項漢銀. 重要石油化工裝置基于風險的檢驗與保障[J]. 壓力容器，2009（5）：51-59.

[38] 胡少波. 螺栓-法蘭連接系統(tǒng)RCM分析及故障風險評價[J]. 石油化工設(shè)備，2013，42（2）：66-70.

[39] Bowles J B，Pelaez E C. Fuzzy logic prioritization of failurs in a system failure mode. Effects and criticality analysis[J].Reliability Engineering and System Safety，1995，50：203-210.

[40] 吳波，丁毓峰，黎明發(fā). 機械系統(tǒng)可靠性維修及決策模型[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[41] Wang Qingfeng，Gao Jinji. Research and application of risk and condition based maintenance task optimization technology in an oil transfer station[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries，2012（25）：1018-1027.

[42] 張耀輝，郭金茂，徐宗昌，等. 基于故障風險的狀態(tài)維修檢測間隔期的確定[J]. 中國機械工程，19（5）：555-558.

[43] 楊春節(jié)，童晟，孫長生，等. 基于可靠度約束的混合預防性維修模型[J]. 浙江大學學報，42（8）：1376-1379.

[44] 韓邦軍，范秀敏，馬登哲. 基于可靠度約束的預防性維修策略優(yōu)化研究[J]. 機械工程學報，2003，39（6）：102-105.