橡膠減振裝備可靠性管理中的FRACAS應用

劉軍 劉斐 熊勇 余波 周洋

摘 要：結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（簡稱FRACAS）在橡膠減振產品的重點應用方向和實施方法。FRACAS的應用和數據庫建設，可以幫助企業實現自己的產品設計準則，制造經驗積累，實現產品的可靠性增長，滿足軌道行業產品的可靠性要求。

關鍵詞：橡膠減振裝備;可靠性;FRACAS;現場故障;應用模塊

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”（以下簡稱FRACAS）。軌道列車屬于耐久性技術裝備，橡膠減振裝備主要應用于車輛的轉向架走行部等子系統，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容。軌道列車工作條件復雜，要想準確地找出橡膠減振產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、鹽分等環境條件的影響。通過對產品全壽命周期內的故障實施閉環控制、系統地采取糾正措施，一方面實現了產品的可靠性增長，另一方面為新產品的研發提供寶貴的參考資料。本文結合鐵路橡膠減振裝備產品的可靠性任務特點，詳細闡述了在軌道車輛用橡膠減振裝備產品的可靠性管理中的FRACAS應用方法。

1應用目的和現狀

1.1 FRACAS應用目的和意義

FRACAS提供了以可靠性為中心的控制流程，保證產品在研制、生產和交付運行發生的可靠性問題按照規定的要求進行記錄，按規定時間向管理部門報告，分析原因、制定實施糾正措施，并跟蹤監控。通過FRACAS這一可靠性數據管理的信息平臺，建立企業的橡膠減振產品故障信息數據庫，為產品可靠性設計和分析以及維護、列車檢修、保障策略的制定提供數據支持。對降低產品的故障率，避免因橡膠減振產品問題導致列車檢修、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應用現狀和基礎

FRACAS源于1985年美國國防部頒發的軍用標準MIL-STD-2115（AS）《故障報告、分析和糾正措施》。目前世界上已經有很多發達國家開發了自己的系統[1-2]，我國的FARACS起步較晚，開發應用水平較低。而且，目前成熟的可靠性數據軟件都以電子元器件的標準作為依據的，很難適用于機械產品。原因在于機械產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”來獲得的實踐經驗。現行公開的、可用的機械產品可靠性基礎數據非常有限。

2 FRACAS在橡膠減振裝備的應用兩個重要方向

橡膠減振產品是由橡膠彈性材料和金屬材料組成，金屬是作為產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在一起。所以橡膠減振產品通常稱為橡膠-金屬復合彈性產品，它既可以看成一個零部件，也可看成一個小的系統。FRACAS在橡膠減振產品應用重點體現在失效模式收集及效應分析和產品壽命分布分析兩個方面。

2.1 對失效模式及效應收集分析反饋，以實現設計的改善和問題規避

一些橡膠減振產品的失效模式：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品，給車輛營運和橡膠產品制造企業造成了較大的損失。結合可靠性試驗和實際現場運用，開展故障（失效）模式收集，不斷地豐富企業產品的失效模式數據，并加以分析、糾正和歸類整理。使其成為企業的寶貴經驗。以此為基礎上制定產品設計準則，既可實現可靠性的增長，又能用于新員工的培養教育。

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律時，最常用的函數有指數分布、正態度分布、對數分布、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]。橡膠減振產品屬于耐久性產品，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。產品故障概率分布形式主要服從指數分布。另外，產品的試驗周期長、抽樣少、耗費大，導致其試驗時環境條件很難模擬。例如，通常產品的可靠性疲勞試驗周期為數百萬次，甚至上千萬次。因此，在裝備研制或運用階段，通過試驗或使用現場反饋，我們可以收集到許多失效（故障）數據，利用統計方法對這些數據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，為設計、制造、維修和管理提供有價值的決策依據，并可根據這些數據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，企業應盡早啟動建立FRACAS。一方面通過FRACAS數據的獲得可靠性提高的歷史數據;另一方面早期對設計、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，FRACAS的應用主要分為兩個模塊：現場故障模塊和研發模塊，且兩個模塊的工作流程工作原理近似，本文將重點對產品運行階段的現場故障模塊實施要求進行詳述，內部研發模塊可參照執行（圖1）。

3.1 故障反饋報告

對于已發生的產品故障，按照規定的格式和要求進行記錄，并在規定的時間內向管理層報告。主要步驟和要求：

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

（2）故障件描述：應包含產品型號、批號、數量、出廠時間及產品經歷（新設計或改型設計）;產品的規格、性能參數;產品的工作使用條件、應力狀態，工作模式（連續、間斷）;故障發生的時間、地點，檢測方法、檢測人員、檢測地點、報告人;故障發生時是否存在其它特殊條件;故障發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：驗證故障現象的真實程度，驗證方法可以通過故障重現等手段來完成。驗證證據要提供說明。

故障報告作為產品可靠性參數統計的基礎資料，需要由多個部門協同完成后形成《故障/問題報告表》形成共享數據。

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、調整和報廢等）;需征求上級系統技術部門、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、人員素質、維修時間、維修費用），備品備件的數量和準備周期也在處理環節。

3.3 故障分析

（1）根據故障報告收集的資料，對故障件進行分析。召集相關人員制定分析計劃，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。其中如出現對產品故障報告的疑問，還需進一步收集現場信息。（2）歷史數據查找收集。收集查找同一類產品或相近產品的歷史故障數據，為本次故障原因的查找提供參考依據。（3）故障報告的結論的審核判定：確定引起故障的真正原因，對故障報告的結論進行審核判定，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，可以保證糾正預防措施的有效實施，并用以對生產車間的在制品、庫存產品及已交付的產品提供相應的整改應對措施。糾正預防措施經確認有效性后，輸出《驗證分析報告》，以此為依據進行設計或工藝文件的完善更新。

至此，FRACAS完成一次循環，實現了故障信息的閉環管理和跟蹤監控。所有FRACAS相關數據均應系統地整理存檔。

4結語

FRACAS既是一個信息系統，也是一個工作系統。按照FRACAS的規范化程序操作，保證了產品在研發和裝車運行后出現的故障信息能夠及時、完整的收集整理和分析，實現故障管理的閉環。通過FRACAS系統的運轉，工程技術人員對歷史數據查詢、參考及應用于新的設計，實現研發新產品的可靠性增長，更好地滿足軌道車輛的系統可靠性需求。

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在城軌動車企業的應用[J].機械設計與制造工程，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].中國安全生產科學技術，2015，11（6）：75-81.