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1、3.3以可靠性为中心的维修分析13.33.3以可靠性为中心的维修分析以可靠性为中心的维修分析以可靠性为中心维修分析（RCMA，Reliability-Centered Maintenance Analysis）是按照以最少的维修资源消耗保持装备固有可靠性和安全性的原则，应用逻辑决断的方法确定预防性维修分析要求的过程，是一项需要反复迭代进行的工作。RCMA 的目的：通过确定适用且有效的预防性维修工作，以最少的资源消耗保持和恢复装备的安全性和可靠性的固有水平，并在必要时提供改进设计所需的信息。根据 RCM 理论，RCMA 主要包括以下三部分内容：（1）系统和设备以可靠性为中心的维修分析。系统和设备
2、 RCMA 用于确定系统和设备的预防性维修项目、预防性维修工作类型、维修间隔期和维修级别。适用于各种类型的系统和设备预防性维修大纲的制订，具有通用性。（2）结构以可靠性为中心的维修分析。结构 RCMA 用于确定结构项目的检查等级、检查间隔期和维修级别。适用于大型复杂设备的结构部分，此处所指的结构包括各承受载荷的结构项目。（3）区域检查分析。区域检查分析用于确定区域检查的要求，如检查非重要项目的损伤，检查由邻近项目故障所引起的损伤。适用于需要划分区域进行检查的大型装备。3.3.1系统和设备以可靠性为中心维修分析在全寿命过程各阶段或各种不同类型装备，应用 RCMA 时，尽管有所不同或有不同的侧重点
3、，但大都包含有如下基本步骤：（1）确定重要功能产品；（2）故障模式和影响分析；（3）应用逻辑决断图确定预防性维修工作类型；（4）确定预防性维修工作的频率或间隔期；（5）提出预防性维修工作的维修级别的建议；（6）进行维修间隔期探索。其中，前三步是不可缺少的步骤，后两步则根据具体应用要求，有所取舍或侧重。3.3以可靠性为中心的维修分析21重要功能产品的确定进行 RCMA 时并非对所有的产品进行分析，只对产生严重故障后果的重要功能项目（FSI，Functionally Significant Item）作详细的 RCMA。FSI 是指其故障会有下列后果之一的产品或项目：可能影响装备的使用安全；可能影
4、响任务的完成；可能导致重大的经济损失；隐蔽功能故障与其他故障的综合可能导致上述；可能有二次性后果导致上述一项或多项后果。（1）确定 FSI 的过程与方法。确定 FSI 的过程是一个比较粗略、快速且偏于保守的分析过程，不需要进行非常深入的分析。具体方法如下：将功能系统分解为分系统、组件、部件、直至零件；沿着系统、分系统、组件的次序，自上而下按故障后果进行分析确定 FSI，直至产品的故障后果不再是严重时为止，低于该产品层次的都是非重要功能产品 NFSI。FSI 的确定主要依靠工程技术人员的经验和判断力，不需进行 FMEA。当然，如果在此之前已进行了 FMEA（或 FMECA），则可直接引用其分析结
5、果来确定 FSI。对于某些产品，如果其故障后果不能肯定时，应保守地划为 FSI。对于隐蔽功能产品，由于其故障对操作人员不明显，可能产生严重后果，因此，通常将其都作为 FSI。（2）确定 FSI 的技术关键。在 FSI 确定过程中，应选择适宜的层次划分 FSI 和非重要功能项目（NFSI）。所选层次必须要低到足以保证不会有功能和重要的故障被漏掉，但又要高到功能丧失时对装备整体会有影响，不会漏掉系统或组件间内部某些产品相互作用而引起的故障。FSI 和 NFSI 可依据这样几条标准来判断：包含有 FSI 的任何产品，其本身也是 FSI；任何 NFSI 都包含在它以上的 FSI 之中；包含在 NFSI
6、 内的任何产品，也是 NFSI。2故障模式和影响分析对每个 FSI 进行故障模式和影响分析，进一步明确其故障模式及后果。为维修任务确定提供信息，针对不同的故障模式及影响采取不同的维修工作类型和维修保障措施。故障模式和影响分析一般包括以下步骤：（1）系统定义系统定义是故障模式和影响分析的第一步，其目的是使分析人员有针对性地对被分析产品在给定任务下进行所有故障模式、原因和影响分析。完整的系统定义可概括3.3以可靠性为中心的维修分析3为产品约定层次划分、产品功能分析、绘制产品功能框图和制订编码体系四个部分。（2）故障模式分析故障模式是故障的表现形式，如短路、开路、断裂、过渡耗损等。一般在研究产品的故
7、障模式时，往往从现象入手，进而通过现象（即故障模式）找出故障原因。故障模式分析要点包括：应区分功能故障和潜在故障。功能故障指产品或产品的一部分不能完成规定功能的事件或状态。潜在故障指产品或产品的一部分将不能完成规定功能的可鉴别的状态。潜在故障是指示功能故障将要发生的一种可鉴别状态。例如，轮胎磨损到一定程度（可鉴别状态，属潜在故障）将发生爆胎故障（属功能故障）。当产品具有多种功能时，应找出该产品每个功能的全部可能的故障模式。复杂产品一般具有多种任务功能，所以应找出该产品在每一个任务剖面下每一个任务阶段中可能的故障模式。（3）故障原因分析故障原因分析的目的是找出每个引起故障的与设计、制造、使用和维
8、修等的因素（即故障原因），进而采取有效的改进和补偿措施，防止或减少故障发生的可能性。产品故障的原因可能是由产品自身引起故障的物理的、化学的、生物的或其他的过程（即故障机理）直接导致的，也可能是由外部因素（如设计、制造、试验、测试、装配、运输、使用、维修、环境和人的因素等）间接导致的。因此，分析人员应该确定并说明与对应故障模式有关的各种原因。故障原因分析的要点是：从产品或相似产品的功能及组成等自身因素和外部因素综合分析故障原因。正确区分故障模式与故障原因。故障模式一般是可观察到的故障的表现形式，而产生故障的直接或间接原因是由产品自身因素或外部因素所致的。应考虑产品相邻约定层次的关系。因下一约定层
9、次的故障模式往往是上一约定层次的故障原因。因此，在进行故障原因分析时，往往可从下一个或再下一个约定层次故障模式去寻找。对冗余或备份系统，应特别注意不同产品由共同的原因所引起的共因故障，或者由共同的模式所引起的共模故障。（4）故障影响分析3.3以可靠性为中心的维修分析4故障影响是故障模式对产品的使用、功能或状态所导致的结果。这些结果指对产品与人的安全、使用、任务功能、环境、经济等各方面的综合后果。故障影响分析的目的是找出产品的每个可能的故障模式所产生的影响，并对其结果的严重程度进行分析。故障影响的级别按约定层次进行划分，其形式有多种，一般是同三级故障影响，即局部影响、高一层次影响和最终影响。（5
10、）故障检测方法分析故障检测方法分析的目的是为产品的可靠性设计、维修性设计、测试性设计、保障性分析等提供依据，也为制订设计改进和使用补偿措施提供依据。故障检测方法分析的要点包括：针对每个故障模式、原因、影响及其严重程度等因素，综合分析检测该故障模式的可检测性，以及检测的方法、手段或工具。根据需要，增加必要的检测点，以区分是哪一个故障模式引起的产品发生故障。从可靠性或安全性出发，及时对冗余系统的每一个组成部分进行故障检测，并及时维护，以保持或恢复冗余系统的固有可靠性或安全性。（6）使用补偿措施分析使用补偿措施分析的目的是针对每一个故障模式的影响，来确定在使用方面采取的哪些措施，可消除或减轻故障的影
11、响，进而提高产品的可靠性。为了尽量避免或预防故障的发生，在使用和维护规程中规定了使用维护措施。一旦出现某故障，操作人员应采取最恰当的补救措施。分析人员要认真进行调查研究，综合多方意见，提出在使用方面的有效补偿措施，以保证产品的可靠性和安全性。3预防性维修工作类型的确定与逻辑决断分析在以可靠性为中心维修的逻辑决断分析法中有四种基本的维修工作，即定时拆修、定时报废、视情维修和隐患检测四种维修类型。此外还有一种综合性工作，即实施上述四种维修类型中的两种或两种以上的预防性维修工作。通过回答逻辑决断图中的一系列问题，即可决断出技术上可行且值得做的维修工作类型，否则应考虑更改设计方案。每个重要功能产品的每
12、种故障模式，都必须进行逻辑决断分析。重要功能产品的逻辑决断分析是系统以可靠性为中心的维修分析的核心内容，它是应用逻辑决断图来确定各重要功能产品需做的预防性维修工作或其他处置。逻辑决3.3以可靠性为中心的维修分析5断图由一系列的方框和矢线组成，如图 1 所示。带问号的是逻辑决断（是或否）方框，不带问号的是输出结果，指出选择的维修方式或维修工作类型，矢线指出流程方向或输出。决断的流程始于决断图的顶部，然后由对问题的回答“是”或“否”确定流程的方向。图1是国家军用标准的系统和设备 RCM 逻辑决断图。该决断图分为两层：第一层（问题 1-5）：确定各功能故障的影响类型。根据 FMEA 结果，对每个重要
13、功能产品的每个故障模式进行逻辑决断，确定其故障影响类型。将功能故障的影响分为明显的安全性、任务性、经济性和隐蔽的安全性、任务性和经济性 6 种。问题2提到的对使用安全的直接影响指故障或由引起的二次损伤直接导致危害安全的事故发生，而不是与其他故障的结合才会导致危害安全的事故发生。第二层（问题 A-F 或 A-E）：选择维修工作类型。对于明显功能故障可供选择的维修工作类型有保养、操作人员监控、功能检测、定时拆修、定时报废和综合工作；对于隐蔽功能故障可供选择的维修工作类型有保养、使用检查、功能检测、定时拆修、定时报废和综合工作。第二层中的各问题是按照预防性维修工作费用或资源消耗、以及技术要求由低到高
14、和工作保守程度由小到大的顺序排列的。所以除了两个安全性影响分支以外，对其他 4 个分支来说，如果在某一问题中所问的工作类型对预防所分析的功能故障是既技术可行又值得做的话，则按最少费用保持产品固有可靠性水平的原则，不必再问以下图 1国家军用标准的系统和设备 RCM 逻辑决断图3.3以可靠性为中心的维修分析6的问题。不过这个分析原则不适用于保养工作。因为即使在理想的情况下，保养也只能延缓故障的发生，而并不能防止故障的发生，仍需再问下面的问题，选择其他的预防性维修工作，以期尽可能地防止故障的发生。为了尽可能确保装备的使用安全，对于两个安全性影响分支来说，必须在回答完所有的问题之后，选择其中最有效的维
15、修工作。4确定预防性维修工作间隔期和维修级别对每项预防性维修工作都要确定其维修间隔期及维修级别，并把各项预防性维修工作按间隔期和维修级别按相同或相近的维修间隔期组合成为成套的预防性维修工作。其中预防性维修间隔期的确定比较复杂，涉及各个方面的工作，一般先由各种维修工作类型做起，经过综合研究并结合维修级别分析和实际使用进行。因此，首先应确定各类维修工作类型的间隔期，然后合并成产品或部件的维修工作间隔期，再与维修级别相协调，必要时还要影响装备设计，并要在实际使用和试验中加以考核，逐渐调整和完善。工作间隔期与工作效能直接相关。对于有安全性或任务性后果的故障，工作间隔期过长将不足以保证装备所需的安全性或
16、任务能力，过短则不经济。对于有经济性后果的故障，工作间隔期是很重要的；但往往由于信息不足，难以从一开始就定得很恰当，一般开始定得保守些，在装备投入使用后，再通过维修间隔期探索来做调整。对于维修间隔期，一般根据类似产品以往的经验和承制方对新产品维修间隔期的建议，结合有经验的工程人员的判断来确定。在能获得适当数据的情况下，可以通过分析和计算确定。（1）保养。保养工作一般是产品设计中规定必须进行的工作，因其费用较少，所以不必计算间隔期，只要按承制方提出的要求即可。例如有些润滑油的加注间隔期可根据所加注油类的失效或挥发时间，再结合具体产品的结构和特点加以确定。（2）操作人员监控。对操作人员监控工作来说
17、，因其属于操作人员的正常职责，所以不必另行确定工作间隔期。（3）使用检查。使用检查必须能保证隐蔽功能具有所要求的可用度，从而将多重故障的发生概率控制在规定的水平，以保证使用安全和任务能力，否则就是无效的。其可保证的产品可用度可按产品在使用检查工作的控制间隔期中的平均水平来衡量。假设产品的瞬态可用度为()A t，检查间隔期为cT，则平均可用度A为3.3以可靠性为中心的维修分析701()dcTcAA t tT（1）由于在检查期内不进行修理，故产品的瞬态可用度()A t也就是瞬态可靠度()R t，所以式（1）变为01()dcTcAR t tT（2）A的近似值可计算为11()2cAR T（3）若故障时
18、间服从指数分布，故障率为，则由式（3）可得11cTcAeT（4）从式（4）可见，若要求A越大，则cT越小。给出A则可推出cT，当然，实际应用中还要看计算得出的cT是否可行。以上讨论是针对安全性影响和装备的任务性影响而言的，对于经济性影响和民用产品的任务性影响而言，使用检查必须有经济效果，即做该项工作的费用应少于故障所带来的损失。此时有效性可用效益比caK来衡量，其计算公式为1pmspmcafscmCCKCC（5）式中：pmC为进行预防性维修工作的直接费用；spmC为进行预防性维修工作所需的保障费用；1fC为故障造成的损失；scmC为进行修复性维修工作所需的保障费用。以上费用均为产品在寿命期内的
19、总费用。若忽略式（5）中的保障费用的影响，则预防性维修工作的经济效益比cbK为1pmcbfCKC（6）若某一使用检查的caK或cbK大于 1 或计算所得的检查间隔期太短以至于不可执行，则可认为该项检查是无效的，需要进一步分析改进。当各项费用数据比较齐全时，可按式（5）计算cT。若无完整的费用数据，则也可按所要求的产品可用度（小于安全性影响的要求）按式（1）、式（2）、（3）或式（4）来计算cT。（4）功能检测。对于安全性影响和装备任务性影响来说，功能检测必须能够将因单个故障发生而导致多重故障发生的概率控制在可接受的水平之内，以确保使用安全3.3以可靠性为中心的维修分析8和任务能力。若规定的故障
20、概率的可接受值为acP，一次检测能检出的潜在故障的概率为P，则在T期间内要检查的次数n可确定为(1)nacPP（7）或loglog(1)acPnP（8）功能检测的时间cT为cTTn（9）式中：T为从潜在故障发展到功能故障之间的时间。对于经济性影响和民用产品的任务性影响来说，若有各项费用的数据，则可按式（5）或式（6）来计算工作间隔期。若费用数据不全，则可按所要求的故障发生概率的可接受值（大于安全性影响的要求）按式（8）和式（9）来计算。（5）定时拆修和定时报废对安全性影响和装备的任务性影响来说，为了确保在工作间隔期cT内的故障发生概率位于所规定的可接受水平之内，cT应短于产品的平均耗损期wT，
21、并按产品耗损期wT的分布和cT内的故障发生概率的可接受水平acP来确定。对于安全性故障来说，一般acP的值应小于 0.1%。装备的任务性故障应同样严格或略松一些。对于经济性影响和民用产品的任务性影响来说，若费用数据齐全，则可按式（5）和式（6）确定cT。否则，也可考虑按cT内的故障概率的可接受水平来确定cT。5维修间隔期探索新装备投入使用后，应进行维修间隔期探索，即通过分析使用与维修数据、研制试验与技术手册提供的信息，确定装备的可靠性与使用时间的关系，必要时应调整装备的预防性维修工作类型及其间隔期，使得装备的预防性维修大纲不断完善、合理。3.3.2结构以可靠性为中心维修分析结构以可靠性为中心维
22、修分析的基本步骤包括：（1）确定重要结构项目；（2）进行故障模式和影响分析；（3）应用逻辑决断图确定预防性维修要求；3.3以可靠性为中心的维修分析9（4）损伤评级并确定检查要求；（5）确定维修级别，一般应将检查工作确定在耗费最少的维修级别上。1确定重要结构项目按故障后果将结构项目划分为重要结构项目（SSI，Structural Significant Item）和非重要结构项目（NSSI）。凡损伤会使装备削弱到对安全或使用产生有害影响的结构项目应为重要结构项目，其余为非重要结构项目。对重要结构项目需要通过评级确定检查要求，对非重要结构项目不需要评级，只需按以往经验或研制方的建议确定适当的检查。
23、重要结构项目的确定按结构的层次自上而下地进行，在每一层次上综合考虑故障后果、设计原理、环境损伤和偶然损伤的敏感性、结构分解检查数据等，凡是故障会对使用安全产生有害影响的项目，安全寿命或单途径传力损伤容限项目，以及在腐蚀性大的环境下使用的或易产生环境及偶然损伤的项目，都是重要结构项目，按照这种方法分析，直到下一层次的项目不再重要为止。2进行故障模式和影响分析对每个 SSI 进行故障模式和影响分析，分析时应考虑其所有功能及其可能产生的故障模式。3应用逻辑决断图确定预防性维修要求决断时应考虑的因素：（1）材料的特性，特别是复合材料和其他新材料；（2）损伤的种类，是疲劳损伤、环境损伤还是偶然损伤；（3
24、）重要结构项目对每种损伤的敏感性和探测及时性；（4）重要结构项目的故障模式和影响分析结果，包括：损伤对安全或任务的影响程度，多部位丛生的疲劳损伤，以及由结构项目的功能故障与系统和设备产品的相互作用所引起的对装备使用特性的影响；（5）检查等级，分为一般目视检查、详细目视检查和无损检测三级，其中一般目视检查是指对明显损伤的目视检查，详细目视检查是对细微损伤的细致目视检查，可能需要适当的辅助检查工具；（6）影响检查工作有效性的因素，包括：重要结构项目的位置及可达性，可检损伤尺寸及损伤扩展速率，待检查的装备数量和装备的使用时间以及首翻期、检查的间3.3以可靠性为中心的维修分析10隔期。首翻期是从结构项
25、目投入使用或储存到应做首次检查的时间，检查间隔期是首次检查后重复进行检查的间隔时间。4损伤评级并确定检查要求每个 SSI 都要进行损伤严重程度的损伤评级。评定该项目对损伤的敏感性和探测及时性的级号，以便按级号大小来确定相应的检查要求。通常级号小表示损伤影响大，检查要求高。评定时要采用一定的评级系统。评级系统是按照一定的准则用评分的方法把各类损伤对结构项目的影响程度量化的一套程序。国家军用标准 GJB1378 附录 D 中推荐了一种评级系统，订购方与承制方可协商选用某种评级系统，但要考虑尽可能选用与承制方的设计方法相适应的评级系统。结构检查的主要目的是及时检出损伤，应按重要结构项目对各种损伤的评
26、级结果确定相应的检查要求，包括所需的检查等级、首翻期和检查间隔期。检查等级分为一般目视检查、详细目视检查和无损检测。对级号较大且损伤有外部迹象的结构项目，可选一般目视检查；对级号较小的 SSI，可以考虑作详细目视检查；对一些特定部位、隐蔽的或已知的出过问题的项目一般用无损检测。5维修间隔期探索主要是通过领先使用计划进行，分为对疲劳损伤的领先使用和计划相对环境损伤的领先使用计划两种。领先使用装备应为使用时间超过某数值的装备。（1）对疲劳损伤的领先使用计划。领先使用计划的目的在于提高对疲劳损伤的检出概率，包括领先使用装备的条件、数量、要作检查的重要结构项目、首翻期和间隔期。（2）对环境损伤的领先使用计划。用于确定最佳的详细目视检查或无损检测期限。它包括领先使用装备的条件、数量、初定的首翻期与间隔期以及检查期限的调整幅度，只要可行，应在同一装备上进行对疲劳损伤和环境损伤的领先使用。