如何在轨道交通设计阶段规定RAMS的管理流程_论文网

论文导读:：近十几年来，全球的城市轨道交通出现持续的增长态势，尤其在欧洲、中东、东南亚和东亚等地区增长的更为显著。在给予轨道交通发展投入巨额建设资金的同时，期望轨道交通的乘客服务、安全性和可靠性水平应能很好地适应客流量的快速增长。随着中国的城市轨道交通的快速发展，乘客对服务水平的要求也日渐提升。更安全、更高效、更有灵活性的交通系统，是目前中国乘客的期望和要求。本文着重探讨如何在轨道交通的设计阶段适用系统RAM的管理方法，期待在日益复杂的城轨交通系统实施的过程中所产生的风险如何得以妥善的管理。这样的管理办法能够确保系统的功能不会偏离业主的需求，建立对系统具有更大的信心和缓解城轨交通系统开通的各种风险。
论文关键词：轨道交通设计RAM(可靠性，可用性和可维护性)
 

0 引言

本文将探讨城市轨道交通系统的可靠性、可用性和可维护性（RAM）的在设计阶段如何去规定的一个管理流程。RAM是RAMS的子集，RAMS包括了安全性。系统安全性在设计阶段的管理方法本文将不做深入的探讨。

城市轨道交通系统的运营目标是在安全的前提下在某个时间段内满足指定的乘客运输量。城轨系统的可靠性、可用性、可维护性和安全性 (RAMS)，就说明了此系统是否能保证达到这指定目标的信心程度。服务的质量与功能和性能方面的因素也很有关系，比如列车服务的频率、生命周期成本和票价结构等等，如图1所示。

图1 城市轨道交通的RAMS对服务质量的影响 （摘自EN50126:2001）

1 影响RAMS的各种条件

RAMS 是一个系统在长期运行状态下的一些特性，它是通过一个系统发展的生命周期过程中应用一些成熟的工程理念、方法、工具和技术来达到的。一个系统的RAMS犹如一个系统的定性和定量的指示器，它能说明这个系统还有其子系统或构成子系统的组件，是否能在规定的要求下可靠的运行论文网，同时也能够正常和安全的运行。

要达到运行的安全性和可用性的目标，只能够依靠满足全部可靠性和可维护性的要求，和有效的去控制目前和长期的维护和运行工作以及系统运行的环境。

城市轨道交通系统的RAMS在下面3种情况可以受到影响：

⑴ 在系统生命周期任何阶段从系统本身内部所引起的故障源头（系统状态）；

⑵ 在系统运行阶段对系统施加的故障源头（运行状态）；

⑶ 在系统维护的过程中对系统施加的故障源头（维护状态）。

这3种故障源头也可以有交互作用。它们的关系在图2中说明。

图2 影响RAMS的各种条件

2 设计阶段规定RAM的管理流程

⑴ 定义

可靠性（Reliability）是一个设计特性。它的定义是“在一个规定的环境下，某个物件在规定的时间段内能够按所规定的功能去完成工作的概率”。在一个复杂的系统，可靠性要求的规定一般是用MBTF 平均故障间隔时间来衡量，或者是故障率。例如：1万小时运行时间的故障次数。

可用性 （Availability）的定义是“在一定的条件下，在瞬间或规定的时间段内，某个物件或系统能够具备工作状态来完成规定的工作的概率，这里假设该系统是具备所有外来所需的资源”。

简单的来说，可用性A = MUT/(MUT+MDT) MUT 是可工作时间，MDT是平均停工期。

可维护性 （Maintainability）的定义是“维护工作在规定的条件下和使用规定的程序和资源，某物件的维护工作可以在一定的时间段内完成的概率”（IEC 60050-191）。

⑵ 设计过程规定RAM的步骤

① 可靠性的设计要求

在确定设计规定和要求，选择目标可靠性参数是一个主要的问题。如要反映一个很高的性能标准，选最高可能的参数理论上是必须的，但是也须考虑到较高成本的可能性，所以在规定可靠性参数时也必须实际的去考虑设备的性能。

目标可靠性参数的选择可以先审查供应商提供的设备规格资料论文网，或通过评估原来用过的设备所得到的参数，经过设备技术升级后可以逐步的提高此参数。

在规定可靠性参数最重要的，还是要考虑设备的预期用途和其与安全、运行性能有关的关键性程度。

规定高标准的可靠性参数通常会发生初期采购成本的提高，因为设备一般会拥有比较高的质量来满足所需要的可靠性标准。但是这初期成本的提高很有可能在运行成本或维护成本的节约中被抵消甚至被超过，所以从设备的全生命周期的角度来说这是一个很好的方案。从可靠性和成本之间取得一个很好的平衡点，可以通过生命周期模拟 (LCC modelling) 分析得出结果，以及对非关键设备的评估和分类。

② 可维护性的设计要求

可维护性的特性应该在设计的文件上规定为两种类型：必要的或理想的。一般这必须经过一系列的考虑，例如：

安全可及(safe access) – 这里的要求是指设备的位置和安装方向，在轨道走廊内所规定的危险区域的相对位置。设备厂家和安装设计，如果实际可行，必须允许工作人员在危险区域外工作和不允许工作人员背对危险区域。

可及性 (accessibility) – 这包括设备的检修点、门式框架、快开盖子和其他类似的设备特性，目的是提供方便的例行检修和检查、清洗或零部件的更换（例如过滤器）无需使用特殊的工具或设备。

可交换性(interchangeability) – 这包括能够利用一系列的标准可更换的零部件，又不需要利用特别的配件，或进行设备调整或对准等措施。

自动诊断和状态检测功能 (selfdiagnostic and condition monitoring feature) – 这里包括在不需要拆除设备的情况下，设备具备自动故障诊断和运行状态和功能检测的能力。功能可以包括测试点或内置的监测软件或抽样。

③ 可用性的设计要求

设备可用的要求一般可以这样的规定：

本设备在规定的条件下和厂家建议的方式下运行和维护，它的可用性必须能够达到不小于X%。

规定设备的可用性从设计的角度和考核设备是否达标是必须做的。对一些具备冗余性能的设备或在故障开始发生后设备具有降级运行功能的论文网，对这种设备规定可用性是尤为重要。

可用性的定义应该还包括：

设备的关键功能的正常运作对设备是否可用的定义；

有条件故障的发生，该设备在降级的情况下运作但能确保主要的功能，该设备可以算是可用的。这可能包括人工操控模式下运行（正常模式是全自动模式），或在降低功能下运行比如降低速度的限制。可用性的规定也可能指定一个定最长降级模式运行时间的限制。

规定设备可用性的目的是为了系统在长时间运行要达到有效和可靠的效果。在招标的过程对一些重要考量的松懈可能会对设备的可用性造成负面的影响。反过来说，规定不实际过高的可用性条件，比如要求每个功能都必须完整的运行设备才可算是可用，这样设备成本提高并且也得不到任何实际的好处。

3 招标文件规定RAM要求

招标过程可以要求供应商提供更多的资料，可以用来做投标比选的基础。

下面的条款在写标书或设计规格时可以做为参考：

提供的设备必须呈现高度的可靠性，与本系统所规定的可用性目标是一致的。投标单位对设备每个主要单元的可靠性参数必须提供更多的资料，包括可靠性参数的来源。如果申明的可靠性的性能参数是基于计算的，计算此参数的方式、假设条件和方法论必须说明。如果参数是基于实际运行的数据，数据的来源包括设备安装的详细情况、数据核实的方法等资料也必须提供。

可靠性的性能可以用平均故障间隔时间MTBF来表达。故障的定义是某种情况的发生使得该设备不能如预期的执行其主要的功能。

标书上也可以向投标者建议的设备要求提供更多有关具体的可维护性的资料。MTTR数据是必须提供的。在写标书时可以参考下面一个典型的条款：

投标单位必须提供设备具体设计的可维护性资料，同时也提供更换主要可更换部件的一般时间和平均时间（包括测试时间如果这是必须的）。还有执行例行检查和更换消耗品（比如过滤器）的平均时间。

投标单位也必须申明所提供的MTTR数据是否包括执行维护工作时必须取得某些零部件或其他辅助设备的响应时间和等待时间。

RAM 保证的记录方法

下表提供系统生命周期相关的RAM工作和在每个生命周期阶段必须编制和保留的RAM记录。

4 结语

在国际的铁路和城市轨道工程项目强调利用比较结构性的方法来定义和记录项目的需求，然后在设计和实施的每个阶段采取严厉的验证和复核措施。这样可以避免项目实施的延误、成本的提高或系统功能的故障发生而影响乘客的满意度。

本文虽然主要针对轨道交通工程项目，里面所叙述的RAM原则也可以利用到其他的行业领域来管理一些比较复杂的项目。最近的调查结果显示，通过很明晰的记录项目的需求和严厉的验证过程论文网，能够避免很多在项目实施过程中很多的问题，使得项目最终获得最大的成功。