劉軍 劉斐 熊勇 余波 周洋

摘 要：結(jié)合軌道車輛的可靠性要求，介紹了故障報告、分析及糾正措施系統(tǒng)（簡稱FRACAS）在橡膠減振產(chǎn)品的重點應(yīng)用方向和實施方法。FRACAS的應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫建設(shè)，可以幫助企業(yè)實現(xiàn)自己的產(chǎn)品設(shè)計準則，制造經(jīng)驗積累，實現(xiàn)產(chǎn)品的可靠性增長，滿足軌道行業(yè)產(chǎn)品的可靠性要求。

關(guān)鍵詞：橡膠減振裝備;可靠性;FRACAS;現(xiàn)場故障;應(yīng)用模塊

中圖分類號：TQ330 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）12-0087-02

0引言

“Failure Report Analysis and Corrective Action System”中文為“故障報告、分析及糾正措施系統(tǒng)”（以下簡稱FRACAS）。軌道列車屬于耐久性技術(shù)裝備，橡膠減振裝備主要應(yīng)用于車輛的轉(zhuǎn)向架走行部等子系統(tǒng)，因而耐久性（例如故障率分布、使用壽命等）是可靠性分析研究的重要內(nèi)容。軌道列車工作條件復(fù)雜，要想準確地找出橡膠減振產(chǎn)品的故障概率分布是相當容易。除了溫度、振動、沖擊、潮濕條件外，還有諸如沙塵、高熱、雨水、鹽分等環(huán)境條件的影響。通過對產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)的故障實施閉環(huán)控制、系統(tǒng)地采取糾正措施，一方面實現(xiàn)了產(chǎn)品的可靠性增長，另一方面為新產(chǎn)品的研發(fā)提供寶貴的參考資料。本文結(jié)合鐵路橡膠減振裝備產(chǎn)品的可靠性任務(wù)特點，詳細闡述了在軌道車輛用橡膠減振裝備產(chǎn)品的可靠性管理中的FRACAS應(yīng)用方法。

1應(yīng)用目的和現(xiàn)狀

1.1 FRACAS應(yīng)用目的和意義

FRACAS提供了以可靠性為中心的控制流程，保證產(chǎn)品在研制、生產(chǎn)和交付運行發(fā)生的可靠性問題按照規(guī)定的要求進行記錄，按規(guī)定時間向管理部門報告，分析原因、制定實施糾正措施，并跟蹤監(jiān)控。通過FRACAS這一可靠性數(shù)據(jù)管理的信息平臺，建立企業(yè)的橡膠減振產(chǎn)品故障信息數(shù)據(jù)庫，為產(chǎn)品可靠性設(shè)計和分析以及維護、列車檢修、保障策略的制定提供數(shù)據(jù)支持。對降低產(chǎn)品的故障率，避免因橡膠減振產(chǎn)品問題導(dǎo)致列車檢修、停運甚至運行安全故障，及降低生命周期成本方面具有深遠意義。

1.2 FRACAS應(yīng)用現(xiàn)狀和基礎(chǔ)

FRACAS源于1985年美國國防部頒發(fā)的軍用標準MIL-STD-2115（AS）《故障報告、分析和糾正措施》。目前世界上已經(jīng)有很多發(fā)達國家開發(fā)了自己的系統(tǒng)[1-2]，我國的FARACS起步較晚，開發(fā)應(yīng)用水平較低。而且，目前成熟的可靠性數(shù)據(jù)軟件都以電子元器件的標準作為依據(jù)的，很難適用于機械產(chǎn)品。原因在于機械產(chǎn)品多為磨耗老化失效特點，失效率變化屬于遞增型，其可靠性水平多是依賴事后的“改善”與“維護”來獲得的實踐經(jīng)驗?，F(xiàn)行公開的、可用的機械產(chǎn)品可靠性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)非常有限。

2 FRACAS在橡膠減振裝備的應(yīng)用兩個重要方向

橡膠減振產(chǎn)品是由橡膠彈性材料和金屬材料組成，金屬是作為產(chǎn)品的骨架起到安裝和支撐彈性材料的作用;橡膠彈性材料在交變外力作用下產(chǎn)生帶滯后特征的形變，從而起到減振隔振動作用。橡膠與金屬是通過特定的材料硫化粘結(jié)在一起。所以橡膠減振產(chǎn)品通常稱為橡膠-金屬復(fù)合彈性產(chǎn)品，它既可以看成一個零部件，也可看成一個小的系統(tǒng)。FRACAS在橡膠減振產(chǎn)品應(yīng)用重點體現(xiàn)在失效模式收集及效應(yīng)分析和產(chǎn)品壽命分布分析兩個方面。

2.1 對失效模式及效應(yīng)收集分析反饋，以實現(xiàn)設(shè)計的改善和問題規(guī)避

一些橡膠減振產(chǎn)品的失效模式：如粘合失效、橡膠開裂、金屬開裂及橡膠材料功能部分喪失等，容易造成車輛停運，返廠維修或架車拆換產(chǎn)品，給車輛營運和橡膠產(chǎn)品制造企業(yè)造成了較大的損失。結(jié)合可靠性試驗和實際現(xiàn)場運用，開展故障（失效）模式收集，不斷地豐富企業(yè)產(chǎn)品的失效模式數(shù)據(jù)，并加以分析、糾正和歸類整理。使其成為企業(yè)的寶貴經(jīng)驗。以此為基礎(chǔ)上制定產(chǎn)品設(shè)計準則，既可實現(xiàn)可靠性的增長，又能用于新員工的培養(yǎng)教育。

2.2 耐久性要求與壽命分布分析

在研究壽命長度的隨機規(guī)律時，最常用的函數(shù)有指數(shù)分布、正態(tài)度分布、對數(shù)分布、Weibull分布等。軌道車輛不同零部件故障概率有的服從對數(shù)分布，有的服從威布爾分布，這是由于不同零部件的故障是由疲勞、磨損、電故障等原因造成的[2]。橡膠減振產(chǎn)品屬于耐久性產(chǎn)品，故障原因是由于疲勞、磨損和老化等原因造成，且失效率變化屬于遞增型。產(chǎn)品故障概率分布形式主要服從指數(shù)分布。另外，產(chǎn)品的試驗周期長、抽樣少、耗費大，導(dǎo)致其試驗時環(huán)境條件很難模擬。例如，通常產(chǎn)品的可靠性疲勞試驗周期為數(shù)百萬次，甚至上千萬次。因此，在裝備研制或運用階段，通過試驗或使用現(xiàn)場反饋，我們可以收集到許多失效（故障）數(shù)據(jù)，利用統(tǒng)計方法對這些數(shù)據(jù)進行處理可以獲得有用的可靠性、可用性、可維護性和安全性（以下簡稱RAMS）參數(shù)，為設(shè)計、制造、維修和管理提供有價值的決策依據(jù)，并可根據(jù)這些數(shù)據(jù)來估計裝配平均壽命[3]。

3 FRACAS的啟動時機和實施程序

參考EN50126等標準對FRACAS的闡述，我們認為在橡膠減振裝備中的研制過程中，企業(yè)應(yīng)盡早啟動建立FRACAS。一方面通過FRACAS數(shù)據(jù)的獲得可靠性提高的歷史數(shù)據(jù);另一方面早期對設(shè)計、工藝存在的問題采取糾正措施靈活性大，花費成本比較小。因此，F(xiàn)RACAS的應(yīng)用主要分為兩個模塊：現(xiàn)場故障模塊和研發(fā)模塊，且兩個模塊的工作流程工作原理近似，本文將重點對產(chǎn)品運行階段的現(xiàn)場故障模塊實施要求進行詳述，內(nèi)部研發(fā)模塊可參照執(zhí)行（圖1）。

3.1 故障反饋報告

對于已發(fā)生的產(chǎn)品故障，按照規(guī)定的格式和要求進行記錄，并在規(guī)定的時間內(nèi)向管理層報告。主要步驟和要求：

（1）故障現(xiàn)象及失效效應(yīng)描述：說明故障發(fā)生時所呈現(xiàn)的狀況特征并現(xiàn)場進行檢測測量，例如把產(chǎn)品拆除后再利用測試設(shè)備等手段獲取產(chǎn)品功能喪失或超出規(guī)定范圍的技術(shù)參數(shù)異常變化信息。為評估產(chǎn)品的安全性，還需要描述失效的產(chǎn)生對上級和整個車輛系統(tǒng)功能的影響。

（2）故障件描述：應(yīng)包含產(chǎn)品型號、批號、數(shù)量、出廠時間及產(chǎn)品經(jīng)歷（新設(shè)計或改型設(shè)計）;產(chǎn)品的規(guī)格、性能參數(shù);產(chǎn)品的工作使用條件、應(yīng)力狀態(tài)，工作模式（連續(xù)、間斷）;故障發(fā)生的時間、地點，檢測方法、檢測人員、檢測地點、報告人;故障發(fā)生時是否存在其它特殊條件;故障發(fā)生時的累計操作工作時間;故障的失效模式，描述所屬的失效類別;失效等級，根據(jù)失效的影響情況，確認失效的嚴重等級。

（3）故障驗證：驗證故障現(xiàn)象的真實程度，驗證方法可以通過故障重現(xiàn)等手段來完成。驗證證據(jù)要提供說明。

故障報告作為產(chǎn)品可靠性參數(shù)統(tǒng)計的基礎(chǔ)資料，需要由多個部門協(xié)同完成后形成《故障/問題報告表》形成共享數(shù)據(jù)。

3.2故障處理

分析故障帶來的后果，決定故障件的處置方式（如替換、維修、調(diào)整和報廢等）;需征求上級系統(tǒng)技術(shù)部門、主機廠的評估意見和用戶要求意見;確定維修方案（維修方式、維修人數(shù)、人員素質(zhì)、維修時間、維修費用），備品備件的數(shù)量和準備周期也在處理環(huán)節(jié)。

3.3 故障分析

（1）根據(jù)故障報告收集的資料，對故障件進行分析。召集相關(guān)人員制定分析計劃，利用頭腦風暴或“事件樹分析”[4]等方法，盡力尋找有可能可以引起故障的原因，要因和非要因;分析可以采用的技術(shù)手段和方法，如：剛度試驗、疲勞試驗、解剖分解及射線、顯微、光譜分析等。其中如出現(xiàn)對產(chǎn)品故障報告的疑問，還需進一步收集現(xiàn)場信息。（2）歷史數(shù)據(jù)查找收集。收集查找同一類產(chǎn)品或相近產(chǎn)品的歷史故障數(shù)據(jù)，為本次故障原因的查找提供參考依據(jù)。（3）故障報告的結(jié)論的審核判定：確定引起故障的真正原因，對故障報告的結(jié)論進行審核判定，形成《故障/問題分析表》。

3.4糾正措施

FRACAS包含職責分工、工作流程和資源保障，可以保證糾正預(yù)防措施的有效實施，并用以對生產(chǎn)車間的在制品、庫存產(chǎn)品及已交付的產(chǎn)品提供相應(yīng)的整改應(yīng)對措施。糾正預(yù)防措施經(jīng)確認有效性后，輸出《驗證分析報告》，以此為依據(jù)進行設(shè)計或工藝文件的完善更新。

至此，F(xiàn)RACAS完成一次循環(huán)，實現(xiàn)了故障信息的閉環(huán)管理和跟蹤監(jiān)控。所有FRACAS相關(guān)數(shù)據(jù)均應(yīng)系統(tǒng)地整理存檔。

4結(jié)語

FRACAS既是一個信息系統(tǒng)，也是一個工作系統(tǒng)。按照FRACAS的規(guī)范化程序操作，保證了產(chǎn)品在研發(fā)和裝車運行后出現(xiàn)的故障信息能夠及時、完整的收集整理和分析，實現(xiàn)故障管理的閉環(huán)。通過FRACAS系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)，工程技術(shù)人員對歷史數(shù)據(jù)查詢、參考及應(yīng)用于新的設(shè)計，實現(xiàn)研發(fā)新產(chǎn)品的可靠性增長，更好地滿足軌道車輛的系統(tǒng)可靠性需求。

參考文獻

[1] G. W A D.Reliability reporting guide：（A Reliability Guide to Failure Reporting，Analysis，and Corrective Action Systems） Produced by the American Society for Quality Control，161 West Wisconsin Avenue，Milwaukee，Wisconsin，53203 1977[J].1978，17（3）：365-366.

[2] 董錫明.軌道列車可靠性、可用性、維修性和安全性（RAMS）[M].北京：中國鐵道出版社，2009.

[3] 李敏，宋玉慶，劉偉.FRACAS在城軌動車企業(yè)的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造工程，2016（4）：60-62.

[4] 譚欽文，苗東濤，劉建平，等.基于可靠性理論的事件樹分析方法研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2015，11（6）：75-81.