城軌車輛 FRACAS 故障管理系統應用研究

姚鴻洲，肖 靜，何昌艷

（重慶中車長客軌道車輛有限公司技術部，重慶 401133）

1 引言

可靠性、可用性、可維護性和安全性（Reliability，Availability， Maintainability，and Safety，RAMS）是城軌車輛運行過程中表現出來的特性[1]，為使這種特性朝著我們想要的方向發展，降低產品故障率，提高企業技術創新能力，許多軌道交通產品用戶和制造商都在積極引入RAMS管理，但RAMS閉環管理的實施、RAMS信息的利用等一系列問題仍然得不到較好解決[2]。本文基于RAMS搭建起設計與故障/問題間的橋梁，從根上消除現場故障，然而，幾乎國內所有軌道交通企業在RAMS項目執行中都面臨著如下困難：缺乏關于產品系統的可靠性數據庫，對重大故障/頻發故障/突發故障反應遲鈍，缺乏規范的故障信息反饋機制，故障信息再利用能力差，難以對產品進行可靠性評估和可靠性目標管理，難以開展可靠性設計準則、失效模式與影響分析（Failure Mode and Effects Analysis，FMEA）等依賴性的可靠性分析工作，難以制定產品的可靠性增長計劃，難以確定可靠性關鍵件和重要件、大修期備件供應等策略。為此，本文建立城軌車輛故障管理系統FRACAS（Failure Report Analysis and Corrective Action System），并將其作為RAMS執行的一部分，以實現建立質量與可靠性信息平臺，對問題和故障的閉環控制、輔助制定可靠性增長計劃、為可靠性工作的開展提供數據基礎、輔助進行產品決策的目標。文獻[3-8]分別對機車柴油機游車故障、高鐵軸承故障、風力發電機組故障、空調產品的失效、某型柴油機頻繁出現油霧探測器報警的故障、系留氣球外場試驗期間的故障執行了FRACAS方法，很好地解決故障問題，并在一定程度上實現信息的共享與積累。文獻[9]中車門系統執行以故障的計劃、執行、查處、處理（PDCA）為核心的故障報告、分析及糾正系統，并提出了FRACAS的擴展輔助信息收集理念。文獻[10-11]對數字化儀控平臺研發和FRACAS在鐵路行業的應用進行大膽探究，避免出現一些重復的設計問題。文獻[12]對故障管理問題的“技術歸零5條”和“管理歸零5條”進行了歸納說明。以上都針對故障問題進行了比較深入的思考，也在一定程度上考慮到了故障管理的問題，但還是存在較大的局限，或者只是對故障進行簡單處理（即關閉），或者缺乏對故障的系統分析，缺乏將故障問題處理的經驗反饋到新產品研發和舊產品的整改當中的完整機制，碎片化程度較高。為此本文研究提出比較系統、全面的執行辦法，以實現流程上的閉環內控和技術上的創新。

2 FRACAS系統概述

傳統的碎片化管理具有諸多弊端，通過FRACAS系統建立起來的閉環系統，已經越來越多地得到廣大RAMS實踐探索者的青睞，人們急切需要找到一種成熟的模式來實踐RAMS，將其內在的現實價值表現出來。關于FRACAS系統的實踐，首先是軍用，然后向其他行業延伸。近年來，城市軌道交通行業的企業都對其展開了實踐探索，但是具體的可操作性強的方案還在持續探索當中。下面對其發展歷程進行闡述。

1980年美國率先頒布了MIL-STD-785B《系統和設備研制生產的可靠性大綱》，要求軍用系統承包商建立FRACAS和故障審查委員會，以監督和控制研制過程中的故障分析和糾正活動。隨后，在我國軍用標準中，GJB 450A-2004《裝備可靠性工作通用要求》將FRACAS列為可靠性工作必修課，該標準對其闡述為“建立故障報告、分析和糾正措施系統，確立并執行故障記錄、分析和糾正程序，防止故障的重復出現，從而使產品的可靠性得到增長”。GJB 841-1990《故障報告、分析和糾正措施系統》是一部專門闡述FRACAS工作要求的規范，該標準對其闡述為“及時報告產品的故障，分析故障原因，制定和實施有效的糾正措施，以防止故障再現，改善其可靠性和維修性”。

在ISO 9001《質量管理體系要求》中，開始把糾正和預防措施作為質量體系的20個要素之一。該標準要求企業應有既定的渠道對所掌握的不合格產品信息進行分析，并采取糾正和預防措施來消除不合格產品產生的原因，以防止其再次發生。

在IRIS02-2009《國際鐵路行業標準質量管理體系要求》7.11中明確地提到“組織必須制定文件化的程序，以覆蓋RAMS活動所有方面的要求，包括：數據收集、分析和建立改進措施計劃”“數據收集和分析工作必須得到在質保期內和質保期外以往所積累的運營經驗的支持，并不斷改進”。不過，FRACAS系統在軌道交通行業的實踐始終還處于初步探索階段。

國內軌道交通行業正在蓬勃發展，在FRACAS思想已經滲透到管理領域方方面面的當下，FRACAS作為RAMS執行的一個部分，正在發揮著不可想象的力量。永濟新時速電機電器有限責任公司于2009年底開始運行FRACAS系統，至2014年3月，系統已收錄了包括技術引進產品在內的5大類20種產品1500余條故障信息。2006年某城軌車輛制造企業順應市場需求進入地鐵市場，為提高企業核心競爭力，引入了FRACAS。經過持續多年實踐，公司在產品質量問題收集、分析和糾正措施等方面積累了豐富經驗，并對FRACAS進行了多次優化升級，積極推動了企業產品質量的提升。

FRACAS系統是對RAMS閉環管理思想的體現，RAMS閉環管理就是通過對RAMS信息、故障的收集，持續改善和管理產品，提煉經驗并反饋給產品設計人員。通過執行FRACAS系統形成產品RAMS數據庫，通過對產品故障數據信息進行重構、分析、再利用形成知識經驗庫，并反饋產品可靠性設計，最終實現產品可靠性設計的持續提升。

3 FRACAS 系統建立及運行

在RAMS執行中通過FRACAS系統工作流程，驅動設計、工藝、生產制造和運營維護鏈閉環，將整個工作貫徹到產品的全生命周期中。在RAMS執行過程中，設計和供應商必須無條件配合實現公司RAMS平臺數據庫的持續有效更新，通過不斷地向設計師提供有效的故障分析結果，使故障信息得到更高效利用。

3.1 FRACAS 系統建立

根據GJB 841-1990《故障報告、分析和糾正措施系統》標準要求，結合軌道交通企業實際，本文總結和完善FRACAS系統及工作流程，如圖1所示，該系統及流程很好地展示了以故障管理為核心的FRACAS系統的運行過程。該系統通過收集產品故障信息，分析故障原因，制定和實施有效糾正措施，以防止故障的再現，同時把故障根本原因和糾正措施信息反饋到設計過程中，以促進產品可靠性增長。

3.2 FRACAS 系統執行

3.2.1 FRACAS 系統運行優化

本文結合某軌道車輛企業實踐和圖1工作流程，對FRACAS系統執行程序進行如下進一步優化。

圖1 FRACAS系統及工作流程圖

（1）在生產試制階段，建立FRACAS運行管理組織，完善項目產品物理結構樹、配置清單以及FRACAS執行計劃，為FRACAS系統運行做準備。

（2）在試驗驗證階段，項目產品發生故障后，由試驗團隊對故障提出書面報告。由于在試驗驗證階段允許對設計作較大更改來解決故障問題，所以試驗驗證階段的問題都需要進行及時分析處理；在產品運營階段，項目產品發生故障后，由售后團隊對故障提出書面報告。在本階段雖仍可提出糾正措施，但要受到很大約束且付諸實踐較為困難，所以在售后運營階段需要由相關人員根據相關要求判定是否需要進一步分析，如果需要，則進入以下（3）。

（3）由相關團隊對故障原因進行分析并提出書面報告，書面報告中提出的改進措施需要覆蓋產品設計、生產與試驗、運營與維護3個階段。

（4）由責任團隊落實糾正措施并提出書面報告。

（5）根據前面階段輸出產物，提出的多方面改進措施，并進行具體可行的落實，將故障問題轉化為風險場景，以危害登記冊的形式輸出，由RAMS團隊于項目設計階段，輸入給設計師去落實，最終完成對故障的閉環管理過程。對于設計階段的設計關注點，設計師要將其作為輸入在方案里面落實；對于針對該故障可以采取的工藝改善點需要作為輸入在作業指導書中去落實；對于生產制造中的改善點要作為輸入在培訓當中去落實；對于運營維護中的技術改進，必須要作為編寫維護手冊、操作手冊和培訓手冊的輸入，并在維護手冊、操作手冊和培訓手冊中體現。

3.2.2 FRACAS 系統執行要點

FRACAS系統執行要點如下。

（1）FRACAS系統是一個統一、共享的故障信息平臺，要實現主機廠與供應商的FRACAS系統相交聯，形成項目整體FRACAS，其執行需要全員參與，用戶、主機廠、供應商無一例外。要想真正發揮出FRACAS系統強大的故障管理和利用能力，提高故障信息利用效率，必須要建立起基于FRACAS系統的相關軟件平臺的具體項目執行模式。

（2）FRACAS系統的執行應根據項目具體要求而定，它可以包括在閉環內控理念下所構建的一系列閉環工作的執行，比如設計與工藝之間形成的閉環，所以FRACAS系統的執行應做到綜合考慮，統籌協調。

（3）在FRACAS文件管理方面，所有故障信息、故障原因分析過程、采取的糾正措施及效果等均應被記錄，并保證完整性和準確性。將這些記錄編制成具有統一編號的FRACAS文件進行管理和保存，并存入FRACAS信息數據庫，以便于檢索和查閱，為故障管理和利用提供保障。

4 故障信息管理及再利用

FRACAS系統主要針對實際發生的故障信息進行閉環管理，其核心是故障，因此FRACAS系統的故障信息管理必須在技術上做到“定位準確、機理清楚、問題復現、措施有效、舉一反三”，在管理上做到“過程清楚、責任明確、措施落實、嚴肅處理、完善規章”，其終極目標是通過高效利用故障信息及提高其再利用能力，實現技術積累和技術創新，提高企業核心競爭力。FRACAS系統故障信息及再利用過程如圖2所示。

圖2 FRACAS系統故障信息及再利用過程

（1）故障信息管理。故障信息管理中將對其進行分類、分級管理，故障分類為重大故障、頻發故障、突發故障和普通故障4類，故障分級為1級（業主和公司關注的）、2級（常規需要關注的）、3級（特殊需要關注的）和4級（其他）；故障信息分類、分級管理可實現對故障信息的再利用，建立起企業問題/故障信息數據庫，并通過分析、重構，更新和完善可靠性設計準則。

（2）故障信息再利用。通過系統的、全面的故障識別及售后故障數據庫的搜集，建立起強大的故障/問題數據庫（即軌道車輛產品系統的可靠性數據庫）；可通過對其進行有效利用和閉環控制，解決對重大故障/頻發故障/突發故障反應遲鈍的問題，故障信息的反饋機制也得以規范；可從可靠性角度對產品進行可靠性評估和管理；可從可靠性角度制訂關鍵件和重要件、大修期備件供應等的策略。

5 結論

（1）本文針對目前FRACAS系統執行上的局限性，提出了比較系統、全面的執行辦法，實現了故障問題的閉環管理，這對于新產品研發和舊產品的整改具有創新意義。

（2）本文以解決故障問題為基礎，通過FRACAS故障管理系統實現對故障信息的管理。

（3）FRACAS故障管理系統體現了RAMS閉環的設計思路，為不斷完善產品可靠性設計準則提供真實的依據。

（4）在FRACAS故障管理系統框架下，對故障信息進行全方位的管控和再利用以及對故障信息分類、分級管理，對優化城軌車輛可靠性設計、降低城軌車輛故障率具有重要指導意義。