航空油料儲運RAMS管理體系設計與應用

鐘安志 王詠 巫良杰 王小鋒 朱輝

摘 要：由于航空油料儲存、運輸過程中的油料高度集中，所以需要對每一個環節設備的可靠性進行保證，減少系統設備的失效性。將可靠性、可用性、可維護性、安全性等RAMS管理思想引入到航空油料儲存、運輸系統中，建立航空油料儲存、運輸系統的RAMS管理體系，并對其在全生命周期各階段進行管理。從RAMS管理的角度，對航空油料儲存、運輸系統的RAMS管理應用進行了探討，并對RAMS在各個環節中的工作重點與難度進行了分析，以確保航空油料儲存、運輸系統的全生命周期的安全管理。

關鍵詞：航空油料儲存系統；航空油料運輸系統；RAMS管理；全生命周期

中圖分類號：X9;TP311

文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2023）07-0111-04

Design and application of aviation fuel storage and RAMS management system

ZHONG Anzhi1，WANG Yong1，WU Liangjie2，WANG Xiaofeng1，ZHU Hui3

（1.China National Aviation Fuel Co.，Ltd.Chengdu Branch，Chengdu 610202，China；

2.JT Safety Emergency Engineering Technology Center （Chengdu） Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China;

3.Sichuan Fire Research Institute of MEM，Chengdu 610037，China

）

Abstract：

Due to the high concentration of aviation fuel in the storage and transportation processes，ensuring the reliability of equipment at every stage becomes essential to reduce the risk of system failures.RAMS management concepts，including reliability，availability，maintainability，and safety，are introduced into the aviation fuel storage and transportation system.A comprehensive RAMS management system is established for the aviation fuel storage and transportation system，and it is implemented throughout all stages of the system's lifecycle.From the perspective of RAMS management，the application of this system in aviation fuel storage and transportation is explored，and the focus areas and challenges at each stage are analyzed.This approach ensures the safety management of the aviation fuel storage and transportation system throughout its entire lifecycle.

Key words：aviation fuel storage system;aviation oil transportation system;RAMS management;full life cycle

RAMS管理是從可靠性工程發展而來的，從20世紀60年代開始，RAMS的管理逐漸向可維護性、安全性等方面發展。直至現在，可用性也逐漸被納入其中。RAMS管理技術是一種對產品開發、設計、制造、試驗和售后服務過程進行嚴格RAMS保障的一系列技術，該管理技是最早被用于民用航空和軍工等行業。由于航空油料儲存、運輸過程中的油料高度集中，所以需要對每一個環節的可靠性進行保證，減少系統設備的失效性。將可靠性、可用性、可維護性、安全性等RAMS管理思想引入到航空油料儲存、運輸系統中，建立航空油料儲存、運輸系統的RAMS管理體系，并對其在全生命周期各階段進行管理。

1 RAMS管理簡介

RAMS是由4個英文縮寫構成的，分別是：可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可維護性（Maintainability）、安全性（Safety）［1］。RAMS管理是針對企業、工程、設備設施等長時間運行特點，在全生命周期中運用可靠性管理理念、方法與技術而形成的一種管理方法［2-4］。

可靠性（Reliability），是指在給定的操作環境中，一種設備或設施能夠在一定時期內，保持該設備或設施預設的功能。設備或設施的可靠性具有以下3個特點：（1）重點考慮故障失效；（2）運用量化表達式，對可能出現的故障進行判定；（3）評估故障失效對系統或設備設施實現預設功能的影響。通過兩個關鍵的參數評價設備或設施的可靠性：MTBF的平均故障失效時間和MTBSF的平均使用失效時間。

可用性（Availability），指的是一種設備或設施在任何時刻進入到生產工作中時，一種設備或設施處于可正常工作狀態的能力，具體包含了維修保障能力及使用保障能力。

可維護性（Maintainability），指的是在給定的工況下以及在規定的時間之內，按照預設的工作程序及方法進行維修時，能夠將設備或設施維持或恢復到其預設工作狀態的能力。可維護性有3個特點：（1）聚焦于故障，是一項以故障恢復為目標的行為；（2）能夠對設備或設施進行修理，以表示設備或設施修理的難度；（3）一種被賦予在設備或設施設計中的內在特性。可維護性以2個參數為基礎：MTTR平均修復時間，Mmax最大修復時間。

安全性（Safety），是指在設備或設施中不會出現危險事件的能力。安全性是指在設備運行、維修、維護等各個環節中，在不同工作狀態下，可能出現的各種危險事件，其主要包括人身傷亡，財產損失，環境污染等［5］。

2 RAMS管理目標

2.1 提高設備可靠性和可用性

由于航空油料儲存、運輸過程中的油料高度集中、儲運量較大。航空油料的供給與民用航空的正常運行有著密切的聯系，所以需要對每一個環節中的油料輸送管道、閥門、儲罐、控制系統、加注系統等設備的可靠性進行保證，減少系統設備的失效性。因此，必須強化設備或設施RAMS的管理，才能從源頭上確保航空油料供給的穩定性［6-7］。

2.2 減少設備故障對油料供應影響

在與航空油料供應有關的設備或設施運行過程中，RAMS管理的應用需要對其進行深入的研究與規劃，從而達到如下目的。一是降低設備或設施的停機與維修；二是降低由于系統裝置失效而引起的航空油料供應中斷。所以，RAMS管理的目的就是要保證設備或設施能夠完成指定的功能，并且在發生故障失效時，盡量減少安全隱患［8］。

3 RAMS管理工具

將RAMS管理理論應用于設備或設施全過程的質量管理中，經常會運用到科學技術的手段，利用這些技術手段系統地、科學地、客觀地、全面地、準確地評價設備或設施的質量。通常根據在其可靠特性采用：（1）危險程度分析（Hazard Analysis）；（2）故障模式、影響和危害分析（FMECA）；（3）失效模式和效應分析（FMEA）；（4）故障報告、分析及糾正措施 （Failure Reports，FRACAS）；（5）故障樹分析 （Failure Tree Analysis，FTA）等。作為現代RAMS管理中常用的一種技術手段，故障樹分析方法是一種在當代RAMS管理中經常使用的技術方法，它可以通過一種邏輯的方式，形象地完成對風險的系統的分析，直觀明了，思路簡單，條理清晰，邏輯性強，既可以進行定性也可以進行量化。這體現了運用系統思想對企業的安全問題進行分析與討論時所具有的系統性、準確性和前瞻性［9-10］。

在此基礎上，結合RAMS在全生命期內的應用，實現了對設備相關成本的有效的控制。全生命周期的設備相關成本是一種在設備從規劃，研發，設計，生產，運行，組裝調整，使用，維修，更新改造，直至退役的總費用。

除此之外，在進行系統的RAMS管理時，還可以利用系統的邏輯和數學模式，進行可靠性的研究和改善，一般都是建立在一個比較一致的數據模式上［11］。

3.1 RAMS管理分析過程

RAMS管理分析技術是通過對所采集到的每一個系統的數據進行歸納，從而計算出每一個系統可能出現的失效的概率，進而對每一個系統進行定量分析與評價。同時，對這一風險實施的監控、檢測或檢修的各種方案的利弊進行定量比較，以幫助管理者做出合理的管理決策。這一工作既可以是單一的元件，產品，設備，也可以是在整個項目的不同時期，針對不同的設備，不同的系統。

RAMS管理分析技術是將最初的分析結果持續地對比、優化，直至達到每個系統所設置的可靠度、可用度的目標為止。在進行分析之前，應對航空油料儲存、運輸設備設施，設計壽命，投資回報率等進行量化評估；在此基礎上，利用可靠性框圖（RBD）方法，構建了RAMS系統的分析模型［12-14］。

3.2 可靠性模型

使用工藝流程圖來建立每個系統的可靠性框圖RBD，然后再從可靠性框圖RBD中推斷出系統各個組成設備或設施的可靠性，進一步得出各個組成設備或設施可靠性與系統可靠性之間的關系，該模型即系統的RAMS管理分析模型。可靠性框圖RBD用圖表的方式表示了在RAMS管理分析模型中，設備部件之間的邏輯關系。可靠性框圖RBD為RAMS的管理模式提供了一個可靠的框架，其描述了RAMS管理的各部分之間的相互聯系，以及這些聯系對整個系統的運行產生的作用。

在RAMS管理的應用中，最常用的一種模式是串聯模型，它隱含著“木桶效應”的思維方式，其可靠性為各部件可靠性的乘積。但是，在日常工作中，并聯系統屬于一種最簡單的冗余系統，相對于串聯模型，這種系統有著可改善可靠性的優點，很明顯并聯的系統部件越多，系統的可靠性就會越高。

3.3 可靠性指標

可靠性指的是在一定的情況下，在一定的時間內，設備或設施能夠達到用戶所期望的功能的能力。這個指標通常采用的是概率的方法來衡量可靠性的能力，也就是可靠度。故障是指設備或設施在設計、制造、運行、維護、環境及管理等方面發生的故障。因此，大多數的設備或設施的可靠度都是用失效時間來表達。

（1）平均無故障時間（MTTF），指設備或設施投入運行到發生故障間隔時間的平均值。

MTTF=1nΣni=1ti

式中，t為設備或設施投入生產過程到發生故障間隔時間；n為設備或設施抽樣樣本的總數；

（2）平均故障失效間隔時間（MTBF），是設備或設施在發生2次故障失效之間的平均工作時間，其表達了能夠在一段既定時間里維持設備或設施正常工作的性能，若間隔時間越長，則說明其可靠性越高。

MTBF=Σni=1t′iΣni=1mi

式中：t′為設備或設施累計正常生產工作的時間；n為設備或設施抽樣樣本的總數；m為設備或實施實際維修次數；

（3）平均首次故障時間（MTTFF），指設備設施投入運行到發生首次故障平均間隔時間。

MTTFF=1nΣni=1tni

式中：t"為投入運行到發生首次故障間隔時間；n為設備或設施抽樣樣本的總數。

3.4 安全性評價指標

安全性是在一定的條件下和在指定的時間內，設備或設施不發生被使用者所不能承受的風險的概率，通常使用多因素的等級對安全性能力及安全度進行衡量。

（1）出現度等級（OPR），其是在故障模式中出現的可能程度；

（2）嚴重度等級（ESR），指在故障模式中造成后果的嚴重程度；

（3）檢測度等級（DDR），表示檢測到失效模式發生的容易程度；

（4）風險優先數值（RPN），是一種用于評估設備或設施OPR、ESR以及DDR等因素對設備或設施的影響程度的評估數值；

（5）安全度等等級（DS），即將RPN作為一個基數來計算的安全性等級［14］。

3.5 可維護性評價指標

可維護性是指在特定條件下，在預設的時間內，通過設定好的維護維修程序和方法，對設備或設施進行維修時，能夠使其保持并恢復到能夠實現用戶預期基本功能的狀態。一般來說，可維護性能力可以用概率來衡量，并通過非降函數來顯示維護度與時間的關系，通常記作M（t）。

M（t）=p（t>T）

式中：t為規定的維護時間；T為實際維護時間。

設備或設施的維護性能指標通常使用維護時間來衡量。

（1）平均維護時間（MTTR），是指設備或設施從發生故障到可重新運行的平均間隔時間。維護時間主要包括故障識別時間、獲取設備或設施備件時間、維護人員響應時間、維護工作時間和重新運行準備時間等。

MTTR=ΣniΣmj=1tij

Σni=1mi

式中：t為設備或設施從發生故障到可重新運行間隔時間；n為設備或設施抽樣樣本的總數；m為設備或實施實際維修次數。

（2）中位維護時間（MRT），是指修復設備或設施故障，使其可用度達到50%所需要使用的時間，通常記作tM（0.50）；

（3）最大維修時間（GRT），是指修復設備或設施故障，使其可用度達到95%所需要使用的時間，通常記作tM（0.95）。

3.5 可用性評價指標

可用性是設備或設施在特定時刻能夠正常運行，滿足用戶需求的能力。它是設備或設施正常運行時間占總運行時間的期望比率，反映設備或設施的可靠性和可維護性。可用性是一種綜合性指標，可用度（A）被用作其中的可靠性指標。

A=MTBFMTBF+MTTR

從上式可以看出，可用性是一種用于測量設備或設施功能工作效率的指數，可用性越高，表示設備或設施工作效率越高。

4 RAMS管理應用探討

4.1 RAMS管理團隊

RAMS的管理小組主要負責航空油料儲存、運輸系統的RAMS的管理，并對儲存、運輸系統的各種設備或設施的可靠性、可用性、可維護性、安全性等方面進行全面的跟蹤。

（1）制訂RAMS的管理程序；

（2）負責航空油料儲存、運輸體系中與質量管理體系有關的工作；

（3）與工程師、行政等部門密切合作，將RAMS的管理思想貫徹到整個油料儲存、運輸系統的生命周期中；

（4）保證RAMS的各項管理目標符合公司的需要；

（5）制訂RAMS的管理方案，并為RAMS的管理提供充足的資金；

（6）對RAMS的管理狀況及進展進行跟蹤［3］。

4.2 RAMS管理生命周期

RAMS管理生命周期的劃分是根據航空油料儲存、運輸系統對RAMS的要求而進行的，它是一個對整個航空油料儲存、運輸系統進行RAMS工作的整體規劃。具體包含：（1）明晰RAMS在各個階段的管理工作；（2）RAMS管理的責任劃分；（3）明晰RAMS在各個階段的工作結果；（4）建立RAMS在每個階段的審計需求。

4.3 RAMS各階段審計

對RAMS的各個環節進行審計，是整個航空油料儲存、運輸系統RAMS管理過程中的一個關鍵環節，也是確保RAMS得以有效執行的重要途徑。可將審計階段劃分為階段審計、項目審計。

階段審計是指當RAMS管理進入某個階段，進入下一個階段時，進行的一個階段審計。審計結果是一個重要的參考，它的工作有：（1）對RAMS的管理要求進行審計，并對RAMS工作內容的完成進行審計；（2）對RAMS管理所提的問題進行審計，以確保其改善或解決；（3）對承包商的RAMS管理和作業進行審計，以確保其符合RAMS的規定。

RAMS項目審計的種類有：（1）RAMS分系統工作方案審計；（2）對RAMS分析所涉及的項目進行審查；（3）主要失效分析與失效報告、分析與糾正行動（FRA-CAS）體系檢討［15-16］。

4.4 RAMS管理在油料儲運系統的應用領域

在航空油料儲存、運輸系統中，RAMS管理的應用范圍包括：（1）管路和罐體；（2）自動控制系統；（3）閥門等。

5 結語

影響航空油料儲存、運輸的主要因素有：安全性、可靠性和經濟性。根據航空油料儲運系統的RAMS管理特征，構建了一套適合于航空油料儲運系統的RAMS管理體系，并對RAMS在整個生命周期每個階段的管理需求進行了詳細的闡述，可以讓RAMS管理在航空油料儲運系統的每個階段都進行貫徹，并把它的管理成效反饋到實踐中去，以此來進一步改善和完善航空油料儲運系統的管理，進而提升航空油料供應的可靠性。

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