RCA在機車故障處理中的應用

萬九云

（中國鐵路廣州局集團株洲職工培訓基地，工程師，湖南 株洲，412000）

0 引言

事件的發生必有其因，有一種原因，只要它存在，事件或早或晚總要發生，這一原因就是事件發生的根本原因。根本原因分析簡稱為RCA（Root Cause Analysis），它通過一套規范化、流程化的工作步驟，分析設備的故障機理，找出設備故障的根本原因和促成因素，制定合理的糾正行動和措施，徹底消除導致設備故障的根源，從而恢復設備功能，提升設備可靠性和可用率，防止同類故障的再次發生，是一種從根本上解決設備故障問題的分析技術。RCA已在電力、能源、石油、化工、航空等多個工業領域得到成功應用，實踐證明，RCA 作為一種尋找故障根本原因的成熟方法，有力地促進了設備可靠性的持續提升。近年來，RCA 在城市軌道交通領域也開始得到應用［1］，但總體而言，RCA 在鐵路交通領域的應用仍不普及。本文首先介紹RCA 方法及其實施步驟，然后結合機車典型故障探討RCA 方法和工具的應用情況，最后給出實施建議。

1 RCA方法

1.1 RCA 技術步驟首先要成立RCA 專項小組，小組成員應包括RCA工程師、熟悉所涉及系統或設備的工程師、與項目相關的專業人員、熟悉相關設備運行與維修的人員、熟悉相關設備設計的工程師、廠家的技術代表等。專項小組嚴格按照RCA 技術步驟開展工作，RCA共包括九個關鍵技術步驟，如圖1所示。

圖1 RCA技術步驟

1）設備故障及影響范圍確定。在開展RCA 之初，首先應搞清楚故障系統或設備的功能、理解其工作原理、工作環境條件要求、運行參數狀態及標準，判斷故障系統或設備是否可以繼續運行，是否會導致功能的降級或失效，從功能的角度對系統或設備故障后果的嚴重程度給以判定。通過詢問相關工作人員，收集設備運行日志、參數記錄等資料，分析故障癥狀，對故障的發展過程按時間順序進行描述。

2）證據收集。只要是有助于RCA 工作開展的證據，都應予以盡快收集。可收集的證據包括：設備或部件實物證據、在場人員問詢記錄、設備操作日志、運行日志、設備運行參數記錄、監控錄像、維修記錄、供應商提供的設備設計資料、同類設備的運行經驗反饋記錄等。

3）可能的故障模式分析和評定。首先應盡可能識別出所有可能導致該故障后果的故障模式，然后再依據收集到的證據，結合故障機理分析，對識別出的故障模式逐一進行排除或確認，如果收集到的證據不足以支持得到的結論，必要時可采取輔助手段（包括現場試驗、理論計算、實驗室類比分析等）進一步進行取證。對于無法給出結論的故障模式則可依據經驗或專家判斷對其可能性進行評價；對可能性較大或已經得到確認的故障模式，將其視為下一層級故障現象，依據前述步驟識別出所有可能導致該故障后果的所有可能的原因，對識別出的故障原因逐一進行分析排除或確認，層層深入，最終找出導致故障發生的根本原因和促成因素。

4）重構故障情景。重構故障情景需回答兩個問題：（1）為何在這個時間發生而不是在其他時間發生故障？（2）故障為何發生（或出現）在這個系統（或設備）上而不是其他系統（或設備）上？從前一步驟找出的根本原因出發，考慮各種促成因素，對系統或設備施加以特定的故障模式，檢查故障后果是否與事實證據吻合。重構故障情景的關鍵在于各階段的情景與事實證據是否吻合，邏輯推理過程是否科學嚴謹等。

5）根本原因判定。根本原因的典型特征包括：消除該因素可使系統或設備恢復功能；消除該因素可有效防止故障的重發。通過故障模式分析和逐層深入分析論證，最終找出可能性最大的根本原因及相關促成因素；通過重構故障情景，根本原因應能嚴謹、合理地推理出故障發生的過程。

6）范圍擴展。分析出根本原因后，還需分析故障對其他系統和設備的影響，以有利于制定出全面、系統的糾正行動，杜絕或盡可能地減少故障的重發。

7）糾正措施的制定。包括三個方面：一是臨時補救措施；二是故障設備的修復措施；三是防止故障重發的糾正行動。前兩項糾正措施在發現設備故障之后即可制定并盡早實施，以限制故障影響范圍、縮短設備停運時間；防止故障重發的糾正行動需在確定故障根本原因之后才能制定。

8）糾正措施的執行。只有嚴格執行糾正行動，才能真正消除設備故障根源，防止故障重發。

9）效果跟蹤。在管理層面，應設置專門的管理體系確保糾正措施的具體實施，并制定相關驗收指標評定糾正措施實施后的效果。

1.2 實施RCA 應注意的問題在實施RCA 過程中，應注意如下問題：（1）應避免視野（思路）狹窄，必要時可開展頭腦風暴，盡可能識別導致故障發生的各種因素，將其都納入分析范圍；（2）為了避免取證不足，應盡快收集實物證據（損壞的設備部件），以防改變、移動、消失，實物證據應盡量維持在初始完整狀態（避免清潔、碰撞、損毀），在有完整的工作計劃之前，避免破壞性地使用證物（如送實驗室檢驗）；（3）應保持客觀中立立場，在訪談當事人時應注意區分證言中的事實和觀點；（4）不要忽視任何細節，盡可能找出所有的故障模式；（5）在分析過程中要區分根本原因和促成因素；（6）在制定糾正措施時，應考慮可實施性以及費用的合理性。

2 RCA方法和工具

2.1 變化分析法

2.1.1 分析步驟

1）描述并評價未成功執行的活動；

2）分析先前已成功執行的相同或類似的活動；

3）將已產生異常后果的事件與尚未產生異常后果的事件進行比較。詢問“與以往執行該活動的所有情況相比較，這一次的情況有什么不同？”

4）無論是否相關，在變化分析工作表中記錄所有已知差別，評價它們對引起異常后果影響。通過差異影響分析，確定造成異常的可能原因。

2.1.2 應用實例 2013 年上半年，某鐵路局陸續發現動車組受電弓故障十余起。應用變化分析法對比這些發生故障的CRH380BL型動車組與其他未發生類似故障的動車組發現，為了消除受電弓上臂連接點與接觸網之間的間歇性磨損現象，這些發生故障的動車組的受電弓均曾進行過相關改造。進一步分析發現，在受電弓改造后，其碳滑板高度小幅被抬高，但弓角高度卻保持原有狀態，未得到同步抬升，引起受電弓輪廓線尺寸發生改變，導致弓網關系異常。在改造后初期，由于碳滑板高度略低于新弓弓角的高度，不會發生弓網接觸異常，但經過一段時間運行，弓角不斷磨耗導致碳滑板相對于新弓弓角的高度逐漸持平，當從側線進正線時，受電弓出現刮擦現象，其上臂側也因外部受力向一側偏斜，此即受電弓故障頻出的根本原因［2］。

2.2 E&CF 圖E&CF 圖的核心是按時間順序將導致故障發生的一系列事件繪制在時間軸線上，可幫助調查人員了解事件發生的順序和原因，解釋事件的發展進程。由于大部分事件不是起因于單一故障，而是由涉及到多個設備、系統、任務和專業，而E&CF 圖對評價這類復雜的事件尤為有效。它可以指示出事件從開始到結束的確切順序，包括被破壞的屏障、初始條件、不適當的行為和產生該事件的原因因素。

如承擔大秦線20 000t 重載組合列車牽引任務的HXD1 型機車的渡板變形問題屢有發生，現場分析發現這些問題主要集中發生在彎道處［3］。圖2 建立了針對該問題的E&CF 圖，從分析結果看，渡板變形的原因在于列車通過彎道時形成車體錯位，在列車縱向沖動力的作用下，對向列車與機車渡板之間發生碰撞，而縱向沖動力主要來源于車鉤的擺角超限。針對成因，有關單位采取修改從板、鉤尾尺寸實現內電車鉤完整自動對中功能，限制從板在車體鉤箱內的橫向活動范圍和優化列車操縱辦法等措施，從根本上解決了問題。

圖2 HXD1列車渡板變形的E&CF圖

2.3 魚骨圖使用魚骨圖可以從不同層面、不同角度找出所有可能導致事故發生的潛在原因或因素。如，接發列車作業是鐵路行車組織的關鍵一環，運用魚骨圖可從人員、設備、環境和管理四個層面對影響接發列車安全和效率的因素展開分析，并從人員、設備、環境和管理四個層面給出相應的防控措施，避免責任行車事故的發生，確保列車安全運行，提升接發列車效率［4］。

2.4 故障樹故障樹形如一棵倒掛的樹，它將事件的邏輯因果關系以圖形的方式直觀地進行顯現，構圖的基本元素是事件（樹的節點）和邏輯門（用以表示節點間的邏輯關系，如“與”、“或”、“非”等）。頂事件位于故障樹的頂端，可能直接導致頂事件發生的一系列中間事件在頂事件的下面列出，再對中間事件逐一進行分解，直至一系列不可再分解的基本事件。它們之間的內在邏輯關系由邏輯門聯結。在調查設備故障或人因失誤時，故障樹分析方法可以幫助我們找出所有可能的原因（故障樹中的基本事件），然后通過逐步深入調查，找出實際原因。

作為示例，圖3 給出了機車電氣系統的部分故障樹［5，6］，當最終確定了電氣系統故障的原因為牽引電機電流不平衡時，應進一步分析故障根源，尋找導致電路不平衡的根本原因。發現導致系統或設備部件出故障的組件并不意味著分析工作就此結束，例如，雖然控制系統故障是由于某一繼電器故障引起的，但根本原因可能并不是繼電器本身，可能是其他一些原因或促成因素導致繼電器故障，如繼電器所處的環境條件（如高溫、濕度超高、振動頻繁等）嚴重超出設計條件，僅僅更換繼電器不足以防止故障的重發。

圖3 機車電氣系統故障樹（部分）

2.5 不同RCA 方法和工具的優劣對比變化分析法適用于事實或事件混淆或調查人員不知道從何處開始調查的不確定事件，但其不能識別漸變與驟變的區別，難以識別多個變化的疊加效應；E&CF 圖適用于有長期原因或成因復雜的多層面問題，其可以將事故發展進程以圖形化方式清晰表現出來，便于定位事故的根本原因，但是E&CF 圖的繪制過程卻相對繁瑣；魚骨圖對尋找各種不同層面的根本原因尤為方便，但卻無法體現事故與根本原因之間的因果關系；故障樹既可以用于定性分析也可以用于量化分析，但是其繪制過程比較復雜，且受限于人們對設備故障模式的當前認識水平，需要結合其他工具同時使用［7］。

3 實施建議

1）重要事件的篩選：建議從嚴重性、普遍性、重發性幾方面來篩選重要事件，RCA 小組對重要事件獨立開展分析；

2）RCA 小組的組織：RCA 小組成員應具備較高的綜合素質，并接受過RCA技術和方法培訓；

3）RCA 分析過程：RCA 分析過程應嚴格按照RCA 的9 步驟進行，公正客觀地進行證據收集與技術分析論證工作。在故障模式分析過程中，可根據具體情況運用多種分析技術和手段，如變化分析法、E&CF圖等。

4）獨立性與權威性：應從RCA 小組的組織形式、人員素質要求、工作方式、分析技術及外部支持等方面的規范運作來保證RCA 小組分析工作的獨立性和權威性。

5）糾正措施的跟蹤落實：要充分考慮經濟性和可行性，除針對根本原因制定糾正措施以外，還需對該事件涉及到的相關設備，或分析調查過程中發現的其它問題制定相應的改進行動。和執行部門溝通討論，明確負責部門和完成期限。

4 結語

在技術密集、風險密集的高速鐵路運輸系統應用RCA分析技術和方法，并建立RCA管理體系是十分必要的。建議國內鐵路相關企業根據自身情況，學習掌握RCA 技術和方法，注重相關知識和技能的培養，相信RCA 將在鐵路運營防止重大事件重發及解決重大技術問題方面發揮重要作用。