車輛安全與RAMS思考

李 鐵，張 輝

（1 北京鐵路局 北京動車段，北京102613；2 北京鐵路局 車輛處，北京100860）

車輛安全與RAMS思考

李 鐵1，張 輝2

（1 北京鐵路局 北京動車段，北京102613；2 北京鐵路局 車輛處，北京100860）

通過對RAMS的介紹，提出了目前鐵路局系統(tǒng)安全管理上存在的問題，探討了在鐵道車輛運(yùn)營部門采用RAMS管理的方法，給出了客、貨車RAMS考核指標(biāo)和安全評估方法。

車輛；安全；RAMS；管理

RAMS是可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可維護(hù)性（Maintainability）和安全性（Safety）英文第一個字母的組合。

（1）可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間區(qū)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

（2）可維修性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和手段實(shí)施維修時，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力。

（3）可用性：在要求的外部資源得到保證的前提下，產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時刻或時間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。

（4）安全性：不導(dǎo)致人身傷亡、危害健康及環(huán)境破壞的能力。

在國內(nèi)、外設(shè)備招標(biāo)文件中，對系統(tǒng)或產(chǎn)品都有可靠性、可用性、可維護(hù)性及安全性相關(guān)要求，學(xué)習(xí)和貫徹RAMS管理有利于了解產(chǎn)品的質(zhì)量和服務(wù)水平、提高生產(chǎn)效益、在管理上與國際接軌。

1 當(dāng)前鐵道車輛安全管理上存在的問題

1.1 孤立性

就安全而抓安全，未在各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的綜合考慮下抓安全。不能將可靠性、可用性、可維護(hù)性與安全性通盤考慮。

1.2 缺量化

未能建立全面的RAMS考核指標(biāo)，或考核指標(biāo)不夠客觀。定性較多，定量較少。人為因素多，客觀標(biāo)準(zhǔn)少。

1.3 絕對化

實(shí)際工作中存在弄虛作假。大量隱患和苗頭被忽視，使預(yù)警更加困難，無法進(jìn)行風(fēng)險管理和控制。所以經(jīng)常在無預(yù)警的情況下，突然爆發(fā)較大事故。

1.4 忽視細(xì)節(jié)

細(xì)節(jié)決定成敗，魔鬼藏在細(xì)節(jié)中。由于忽視細(xì)節(jié)，致使許多安全政策和措施落實(shí)不到位。在事故分析上，往往難以找出真正技術(shù)原因。

1.5 忽視源頭

對鐵道車輛而言，80%的故障是由新造引起的，因此要從車輛新造起就抓住安全質(zhì)量源頭。許多問題出自設(shè)計(jì)和制造給運(yùn)用和檢修帶來的不便。目前用戶級別很難有發(fā)言權(quán)，不能參與設(shè)計(jì)制造過程的安全性評估。

2 用RAMS改善鐵道車輛安全工作

2.1 開展設(shè)計(jì)安全研究

按風(fēng)險最小化的原則進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)、供貨、安全裝置、報警裝置，培訓(xùn)等各方面。在設(shè)計(jì)時，對每個安全相關(guān)功能、組成部分、接口進(jìn)行風(fēng)險識別與評定。車輛設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)擁有與其功能相適應(yīng)的安全完整性等級（SIL）。

2.2 運(yùn)用定量分析技術(shù)

包括初步危險分析、子系統(tǒng)危險分析、運(yùn)行與支持危險分析、危險與可操作性研究（HAZPO）、故障樹分析、事件樹分析、故障模式、影響和嚴(yán)重性分析（FMECA）、接口危險分析、量化風(fēng)險分析、運(yùn)行方法的RAMS考慮、維護(hù)制度、運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)性、員工的預(yù)期能力、人體工程學(xué)。安全設(shè)計(jì)工作應(yīng)特別關(guān)注來自維修、降級運(yùn)行、自然災(zāi)害等方面的危險。

2.3 抓源頭質(zhì)量

每個車型主導(dǎo)廠和配套廠應(yīng)對其設(shè)計(jì)制造廠的子系統(tǒng)RAMS參數(shù)都要進(jìn)行分析，必須根據(jù)用戶的RAMS計(jì)劃進(jìn)行所有的響應(yīng)分析，從理論預(yù)測角度說明該型車及其子系統(tǒng)都能夠達(dá)到要求。如果任一承包商/分包商未能達(dá)到其指定的目標(biāo)，應(yīng)改變設(shè)計(jì)，重新計(jì)算系統(tǒng)的運(yùn)用性能。應(yīng)在基本設(shè)計(jì)階段和詳細(xì)設(shè)計(jì)階段均向用戶提交一份RAMS分析與預(yù)測報告。制造商RAMS分析和預(yù)測報告的結(jié)果應(yīng)與用戶的運(yùn)行維護(hù)計(jì)劃完全一致。為此，鐵路局系統(tǒng)應(yīng)主導(dǎo)車輛制造的RAMS計(jì)劃編制。

（1）開展可靠性預(yù)測

應(yīng)進(jìn)行可靠性性能的估計(jì)，并將其與系統(tǒng)和子系統(tǒng)的指定目標(biāo)進(jìn)行比較。在設(shè)計(jì)階段早期識別潛在缺陷，并采取糾正措施，修改設(shè)計(jì)，以改善識別潛在缺陷。在制造前，在已說明所有潛在缺陷并且滿足指定要求后，更新可靠性預(yù)測，還應(yīng)進(jìn)行可靠性持續(xù)性的推測。可靠性是一項(xiàng)重要的質(zhì)量指標(biāo)，只是定性描述不行，必須使之?dāng)?shù)量化，這樣才能進(jìn)行精確的描述和比較。可靠性的定量表示有其自己的特點(diǎn)，由于使用場合的不同，要根據(jù)車輛運(yùn)用特征量來制定。

（2）開展可用性預(yù)測

（3）開展可維護(hù)性預(yù)測

完善的維護(hù)計(jì)劃應(yīng)包括預(yù)防性維護(hù)活動的程度和頻率，保證平均修復(fù)時間（MTTR）指標(biāo)得到滿足。為獲得系統(tǒng)維修性目標(biāo)，所有子系統(tǒng)應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，以確保各級維修中故障部件的快速替換。

3 制定鐵道車輛RAMS指標(biāo)

鑒于當(dāng)前我國尚未制定完善的鐵道車輛RAMS指標(biāo)，基于目前鐵道車輛運(yùn)用維修狀況，參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)［1］，初步制定鐵道車輛RAMS指標(biāo)。

應(yīng)識別可能導(dǎo)致服務(wù)故障的系統(tǒng)故障，并預(yù)測每年此類事件的頻率。制造商可使用平均故障間隔時間（MTBF）和平均故障維修時間（MTTR）計(jì)算系統(tǒng)和子系統(tǒng)的固有可用性，計(jì)算公式如式（1）：

表1 鐵道車輛RAMS相關(guān)指標(biāo)

依據(jù)鐵道車輛RAMS指標(biāo)和要求，開展相關(guān)設(shè)計(jì)工作，表2給出鐵道車輛RAMS設(shè)計(jì)部分案例。

4 開展安全風(fēng)險分析

4.1 安全完整性等級（SIL：Safety Integrity Level）

IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)將SIL劃分為4級，即SIL1，SIL2，SIL3和SIL4。安全相關(guān)系統(tǒng)的SIL應(yīng)該達(dá)到哪一級別，是由風(fēng)險分析得來的，即通過分析風(fēng)險后果嚴(yán)重程度、風(fēng)險暴露時間和頻率、不能避開風(fēng)險的概率及不期望事件發(fā)生概率這4個因素綜合得出。級別越高要求其危險失效概率越低，見表3。

4.2 風(fēng)險評估

（1）危險發(fā)生頻率

表4給出危險發(fā)生頻率等級劃分。

表2 鐵道車輛RAMS設(shè)計(jì)部分案例

表3 安全完整性等級規(guī)定

（2）危險嚴(yán)重性

表5給出危險嚴(yán)重性等級劃分，包括對人員、系統(tǒng)和環(huán)境的影響。

（3）風(fēng)險評估方法

表6給出風(fēng)險評估矩陣，此矩陣列出了危險發(fā)生頻率與嚴(yán)重性的可能組合，給出了風(fēng)險可接受性的各種區(qū)域。

表4 危險發(fā)生頻率等級劃分

表5 危險嚴(yán)重程度等級劃分

表6 風(fēng)險評估矩陣

其中風(fēng)險指數(shù)R1，指可忽略的風(fēng)險評估，是無需同意就可以接受的。

風(fēng)險指數(shù)R2，指可容忍的風(fēng)險評估，是需有足夠的控制和安全管理部門的同意后才可接受的。

風(fēng)險指數(shù)R3，指不希望的風(fēng)險評估，是只有在風(fēng)險抑減不可行，且取得安全管理部門同意后才可接受的。

風(fēng)險指數(shù)R4，指不可容忍的風(fēng)險評估，是應(yīng)予以排除的。

5 結(jié)束語

提出了目前鐵道車輛安全管理上存在的問題，探討了鐵道車輛RAMS管理方法，初步制定了鐵道車輛RAMS指標(biāo)并介紹RAMS設(shè)計(jì)的部分案例，依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出鐵道車輛安全風(fēng)險評估方法，為鐵道車輛RAMS工作的進(jìn)一步開展提供參考。

［1］ 殷鶴齡，孔繁柯，曾天翔，等.可靠性維修性保障性術(shù)語集［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2002.

［2］ 鐵道部.鐵路交通事故應(yīng)急救援和調(diào)查處理?xiàng)l例·鐵路交通事故調(diào)查處理規(guī)則［S］.北京：中國鐵道出版社，2012.

Discussion on Safty and RAMS of Railway Rolling Stock

LI Tie1，ZHANG Hui2
（1 Beijing EMU Dopot，Beijing Railway Brueau，Beijing 102613，China；2 Vehicle Department，Beijing Railway Brueau，Beijing 100860，China）

With the introduction of RAMS，this paper puts forward the current problems existing in the safety management of railway system，explores the RAMS management method applying in railway vehicle operation department，and gives the RAMS assessment indices and safety assessment method of the passenger and freight cars.

rolling stock；safty；RAMS；management

U270

A

10.3969/j.issn.1008－7842.2014.01.23

1008－7842（2014）01－0106－03

?）男，高級工程師（

2013－09－05）