轨道交通RAMS工程基础：维修性分配及管理

1.维修性分配的目的

轨道交通装备进行维修性分配的目的是将产品的维修性指标分配到各规定层次，归根结底是为了明确各层次产品的维修性目标或指标。其具体目的是：

1）为轨道交通装备各层次研制人员提供维修性设计指标，以保证各层次产品最终符合规定的维修性要求。

2）通过维修性分配，明确各外包商或供应商的产品维修性指标，以便于承包商对其实施管理。

只有合理分配指标，才能避免设计的盲目性；而维修性分配主要是早期“纸上谈兵”的分析、论证性工作，所需要的费用和人力消耗不大，但却在很大程度上决定着产品设计。合理的指标分配方案，可以使系统经济而有效地达到规定的维修性目标。

2.维修性分配的指标

维修性分配的对象应当是关系全局的系统维修性的主要指标，它们通常是合同或任务书中规定的。一般来说，最常见的维修性分配指标是：

1）平均修复时间（MTTR）；

2）平均预防性维修时间（MPMT）；

3）平均维修时间M；

4）维修工时率M_I。

对于具体的维修分配工作，应按照任务书的要求，针对具体参数指标进行分配，并注意维修性分配的指标是与维修级别相关的。在承包商与外包商或供应商签订合同或技术协议时，应确定维修性的分配结果。

3.维修性分配的条件

为了进行维修性分配，首先要有明确的维修性指标要求，否则分配无从谈起。其次，要对产品进行功能分析，确定产品功能层次划分和维修方案。如果对产品的组成部分及其关系不了解，或者有关的维修安排都没有，维修性分配也就无法进行。再则，维修性分配要以可靠性分配或预计为前提条件。这是因为维修性分配中，要考虑各部分的维修频率，而维修频率则与故障率有关，只有通过可靠性分配或预计，有了故障率等数据，维修性分配才能进行。当后面两个条件不具备或不完全具备时，就应在维修性分配过程中完善这两个条件，即确定产品的功能层次、维修方案和维修频率。在此基础上，可以建立所需的维修性模型，以便进行维修性分配。

4.维修性分配的时机

轨道交通装备维修性分配应尽早开始，这时因为它是各层次产品维修性设计的依据。只有尽早分配，才能充分地权衡、更改和向下层分配。分配实际上是逐步深入的，早在产品策划中就需要进行分配，当然这时的分配是属于系统级的、高层的，只是将整个系统的指标分配到各个子系统。在初步设计阶段，由于产品设计与可靠性等信息有限，维修性指标的分配也仅限于较高产品层次，随着设计的深入，获得更多的设计与可靠性信息，维修性分配可以深入，直到各个可更换单元。无论如何，各单元的维修性要求要在详细设计之前加以确定，以便于在设计中考虑其结构与连接等影响维修性的设计特征。

在产品研制过程中，维修性分配的结果还要随着研制的深入发展，在必要时做适当的修正。在生产阶段遇有设计更改，或者产品的改型、改进中都需要修正或进行维修性分配（局部分配）。

5.维修性分配的原则

进行维修性分配时，应遵循下列一些原则：

1）维修性指标要按哪一个维修级别规定的，就应按该级别的条件及完成的工作分配指标。

2）维修性指标要区别清楚是修复性维修还是预防性维修，或者二者的结合，相应的时间或工时与维修频率不得混淆。

3）维修性分配要将指标自上而下一直分配到需要进行更换或修理的低层次产品，直至各个不再分解的可更换单元为止。要按产品功能与结构关系根据维修需要划分产品。

4）维修性分配中要注意环境对故障频率和维修性参数的影响，对不同的产品不同环境应引入不同的环境因子来考虑。在考虑向下进行维修性分配时，应根据产品具体的结构情况留有适当的余量。

5）对于新研产品的设计，维修性分配应以每个功能层次上各组成部分的相对复杂性为基础，故障率较高的部分一般应分配较好的维修性。

6）若设计是从过去的设计演变而来或有相似的系统或设备，则维修性分配应以过去的经验或相似产品的数据为基础。

6.维修性分配的步骤

轨道交通装备维修性分配按以下步骤进行：

（1）分配要求分析 确定需要分配的参数、指标，各指标所对应的维修级别和维修类别以及其他相关维修性分配要求。

（2）分配对象分析 按照产品的功能和结构层次图，对分配对象进行分析，确定分配的层次。由产品的总体逐步分解，直到所需的层次，即可更换单元，并绘制功能和结构层次图。层次的多少可由产品的复杂程度而定。

功能层次图是描述从总体到每一个低层次对象的功能层次关系，对其所需要的维修活动和措施的一种方法。系统功能层次的分解根据产品的功能分析和设计方案进行。分解的细化程度则可根据实际需要和设计的进度确定。

（3）获取数据 获取分配对象已有的数据并进行分析，如相似产品数据、故障率数据、可达性数据、可测试性数据等，为选取合适的分配方法奠定基础。

（4）分配方法选取确定 根据上述分析结果，确定适用的维修性分配的方法。

（5）指标分配 根据分配对象的特点，按照选定的方法将给定产品维修性指标分配到下层次单元。

（6）结果分析和判断 按公式（3-41）计算产品的平均修复时间MTTR，分析并检查分配后的MTTR是否与要求的指标MTTR^*相一致（即MTTR≤MTTR^*），并综合考虑技术、费用、保障资源等因素，分析各个单元实现分配指标的可行性。如果某些单元的指标不能满足要求，可以采取以下措施：

1）修正分配结果 即保证满足产品维修性指标的前提下，通过改进可达性或采用模块化设计等手段来局部调整单元指标。

2）调整维修任务 即对结构层次框图中安排的维修措施或设计特征局部调整，使产品及各组成单元的维修性指标都可实现。但这种局部调整，不能违背维修方案总体约束。

如果分配的指标为平均预防性维修时间MPMT，则按式（3-42）计算产品的平均预防性维修时间：

式中 λ_i——第i个低层单元的故障率（次/h）；

n——低层单元的个数。

式中*f_pi——第i项预防性维修的频率；

MPMT_i——第i项预防性维修的平均时间；

n——预防性维修项目数。

然后按照分析MTTR一样分析MPMT是否符合要求和可行性。

（7）完成分配报告 最后，完成维修性分配报告。整个维修性分配步骤如图3-39所示。(www.xing528.com)

图3-39*维修性分配步骤

7.维修性分配的方法

常见的维修性分配方法有等值分配法、按故障率分配法、按故障率与设计特性的综合加权分配法、利用相似产品维修性数据分配法、保证可用度和考虑各单元复杂度差异的加权分配法。由于等值分配法在实际工程中用处不大，本书主要对后四种方法进行详细描述。

（1）按故障率分配法

1）概述：本方法适用于已分配了可靠性指标或已有可靠性预计值的系统，故障率越高，分配的维修时间就越短；反之，则长。

2）分配模型：

式中 λ——各单元平均故障率

式中λ_i——单元i的故障率；

n——预防性维修项目数。

3）注意事项：仅依据故障率分配的维修性参数MTTR，虽然合理但未必可行。例如，某个或某几个MTTR可能太小，就要考虑技术上是否能实现，如果在技术上难以实现或者要花费很大代价（包括经济上、时间上和人力上）就应进行调整。此时，应根据初步设想的结构方案，考虑各种影响维修时间或工时的维修性定性特点（如该部分的复杂程度、可达性、可调性、更换的难易程度、可测试性等）综合权衡予以确定。

（2）按故障率与设计特性的综合加权分配法

1）概述：本方法适用于已有可靠性数据和设计方案等资料时的维修性分配。将分配时考虑的因素（复杂性、可测试性、可达性、可更换性、可调整性、维修环境等）转化为加权因子，按照故障率与设计特性的加权因子进行分配。

2）分配模型：

MTTR_i=β_i×MTTR （3-45）

式中 β_i——修复时间综合加权系数。

式中 K——各单元加权因子平均值；

K_i——单元i的维修性加权因子。与产品的复杂性、故障检测和隔离方式、可达性、可更换性、可调整性、维修环境等因素有关，维修性越差，K_i越大。加权因子数值需根据产品结构类型，统计分析得出。

式中 K_ij——单元i的第j项加权因子；

m——加权因子项数。

3）注意事项：本方法中的这些加权因子，实际上是从各因素对单元维修性指标的影响来考虑的。对维修时间影响越不利的因素，其K_ij越大。对于MPMT的分配，将故障率换成预防性维修频率，平均修复时间换成某项预防性维修平均时间，其他与MTTR的分配步骤一样。

（3）利用相似产品维修性数据分配法

1）概述：本方法适用于有相似产品维修性数据的情况。利用已有的相似产品维修性信息，作为新产品维修性分配的依据。

2）分配模型：

式中 MTTR′——相似产品已知的或预计的平均修复时间（h）；

MTTR′_i——相似产品已知的或预计的第i个单元的平均修复时间（h）；

MTTR——要求的平均修复时间（h）。

3）注意事项：该方法只适用于有相似产品维修性数据的新产品的分配或改进产品的再分配。对于MPMT的分配，将平均修复时间换成平均预防性维修时间，其他与MTTR的分配一样。

（4）保证可用度和考虑各单元复杂度差异的加权分配法

1）概述：本方法适用于已分配了可靠性指标或已有可靠性预计值，需要保证系统可用度并考虑各单元复杂度差异的串联系统。

2）分配模型：按单元越复杂可用度越低的原则进行分配。

式中 k_i——单元i的复杂度因子；

Q_i——单元i的元件数；

Q_s——系统的元件数；

n——单元数。

式中 λ_i——单元i的故障率（次/h）；

A_s——系统的可用度要求值。

3）注意事项：影响单元复杂度的因素有很多，但在工程中一般可简化为单元的元件数与系统的总元件数之比。