橡胶减振装备可靠性管理中的FRACAS应用

刘军 刘斐 熊勇 余波 周洋

摘 要：结合轨道车辆的可靠性要求，介绍了故障报告、分析及纠正措施系统（简称FRACAS）在橡胶减振产品的重点应用方向和实施方法。FRACAS的应用和数据库建设，可以帮助企业实现自己的产品设计准则，制造经验积累，实现产品的可靠性增长，满足轨道行业产品的可靠性要求。

关键词：橡胶减振装备;可靠性;FRACAS;现场故障;应用模块

中图分类号：TQ330 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）12-0087-02

0引言

“Failure Report Analysis and Corrective Action System”中文为“故障报告、分析及纠正措施系统”（以下简称FRACAS）。轨道列车属于耐久性技术装备，橡胶减振装备主要应用于车辆的转向架走行部等子系统，因而耐久性（例如故障率分布、使用寿命等）是可靠性分析研究的重要内容。轨道列车工作条件复杂，要想准确地找出橡胶减振产品的故障概率分布是相当容易。除了温度、振动、冲击、潮湿条件外，还有诸如沙尘、高热、雨水、盐分等环境条件的影响。通过对产品全寿命周期内的故障实施闭环控制、系统地采取纠正措施，一方面实现了产品的可靠性增長，另一方面为新产品的研发提供宝贵的参考资料。本文结合铁路橡胶减振装备产品的可靠性任务特点，详细阐述了在轨道车辆用橡胶减振装备产品的可靠性管理中的FRACAS应用方法。

1应用目的和现状

1.1 FRACAS应用目的和意义

FRACAS提供了以可靠性为中心的控制流程，保证产品在研制、生产和交付运行发生的可靠性问题按照规定的要求进行记录，按规定时间向管理部门报告，分析原因、制定实施纠正措施，并跟踪监控。通过FRACAS这一可靠性数据管理的信息平台，建立企业的橡胶减振产品故障信息数据库，为产品可靠性设计和分析以及维护、列车检修、保障策略的制定提供数据支持。对降低产品的故障率，避免因橡胶减振产品问题导致列车检修、停运甚至运行安全故障，及降低生命周期成本方面具有深远意义。

1.2 FRACAS应用现状和基础

FRACAS源于1985年美国国防部颁发的军用标准MIL-STD-2115（AS）《故障报告、分析和纠正措施》。目前世界上已经有很多发达国家开发了自己的系统[1-2]，我国的FARACS起步较晚，开发应用水平较低。而且，目前成熟的可靠性数据软件都以电子元器件的标准作为依据的，很难适用于机械产品。原因在于机械产品多为磨耗老化失效特点，失效率变化属于递增型，其可靠性水平多是依赖事后的“改善”与“维护”来获得的实践经验。现行公开的、可用的机械产品可靠性基础数据非常有限。

2 FRACAS在橡胶减振装备的应用两个重要方向

橡胶减振产品是由橡胶弹性材料和金属材料组成，金属是作为产品的骨架起到安装和支撑弹性材料的作用;橡胶弹性材料在交变外力作用下产生带滞后特征的形变，从而起到减振隔振动作用。橡胶与金属是通过特定的材料硫化粘结在一起。所以橡胶减振产品通常称为橡胶-金属复合弹性产品，它既可以看成一个零部件，也可看成一个小的系统。FRACAS在橡胶减振产品应用重点体现在失效模式收集及效应分析和产品寿命分布分析两个方面。

2.1 对失效模式及效应收集分析反馈，以实现设计的改善和问题规避

一些橡胶减振产品的失效模式：如粘合失效、橡胶开裂、金属开裂及橡胶材料功能部分丧失等，容易造成车辆停运，返厂维修或架车拆换产品，给车辆营运和橡胶产品制造企业造成了较大的损失。结合可靠性试验和实际现场运用，开展故障（失效）模式收集，不断地丰富企业产品的失效模式数据，并加以分析、纠正和归类整理。使其成为企业的宝贵经验。以此为基础上制定产品设计准则，既可实现可靠性的增长，又能用于新员工的培养教育。

2.2 耐久性要求与寿命分布分析

在研究寿命长度的随机规律时，最常用的函数有指数分布、正态度分布、对数分布、Weibull分布等。轨道车辆不同零部件故障概率有的服从对数分布，有的服从威布尔分布，这是由于不同零部件的故障是由疲劳、磨损、电故障等原因造成的[2]。橡胶减振产品属于耐久性产品，故障原因是由于疲劳、磨损和老化等原因造成，且失效率变化属于递增型。产品故障概率分布形式主要服从指数分布。另外，产品的试验周期长、抽样少、耗费大，导致其试验时环境条件很难模拟。例如，通常产品的可靠性疲劳试验周期为数百万次，甚至上千万次。因此，在装备研制或运用阶段，通过试验或使用现场反馈，我们可以收集到许多失效（故障）数据，利用统计方法对这些数据进行处理可以获得有用的可靠性、可用性、可维护性和安全性（以下简称RAMS）参数，为设计、制造、维修和管理提供有价值的决策依据，并可根据这些数据来估计装配平均寿命[3]。

3 FRACAS的启动时机和实施程序

参考EN50126等标准对FRACAS的阐述，我们认为在橡胶减振装备中的研制过程中，企业应尽早启动建立FRACAS。一方面通过FRACAS数据的获得可靠性提高的历史数据;另一方面早期对设计、工艺存在的问题采取纠正措施灵活性大，花费成本比较小。因此，FRACAS的应用主要分为两个模块：现场故障模块和研发模块，且两个模块的工作流程工作原理近似，本文将重点对产品运行阶段的现场故障模块实施要求进行详述，内部研发模块可参照执行（图1）。

3.1 故障反馈报告

对于已发生的产品故障，按照规定的格式和要求进行记录，并在规定的时间内向管理层报告。主要步骤和要求：

（1）故障现象及失效效应描述：说明故障发生时所呈现的状况特征并现场进行检测测量，例如把产品拆除后再利用测试设备等手段获取产品功能丧失或超出规定范围的技术参数异常变化信息。为评估产品的安全性，还需要描述失效的产生对上级和整个车辆系统功能的影响。

（2）故障件描述：应包含产品型号、批号、数量、出厂时间及产品经历（新设计或改型设计）;产品的规格、性能参数;产品的工作使用条件、应力状态，工作模式（连续、间断）;故障发生的时间、地点，检测方法、检测人员、检测地点、报告人;故障发生时是否存在其它特殊条件;故障发生时的累计操作工作时间;故障的失效模式，描述所属的失效类别;失效等级，根据失效的影响情况，确认失效的严重等级。

（3）故障验证：验证故障现象的真实程度，验证方法可以通过故障重现等手段来完成。验证证据要提供说明。

故障报告作为产品可靠性参数统计的基础资料，需要由多个部门协同完成后形成《故障/问题报告表》形成共享数据。

3.2故障处理

分析故障带来的后果，決定故障件的处置方式（如替换、维修、调整和报废等）;需征求上级系统技术部门、主机厂的评估意见和用户要求意见;确定维修方案（维修方式、维修人数、人员素质、维修时间、维修费用），备品备件的数量和准备周期也在处理环节。

3.3 故障分析

（1）根据故障报告收集的资料，对故障件进行分析。召集相关人员制定分析计划，利用头脑风暴或“事件树分析”[4]等方法，尽力寻找有可能可以引起故障的原因，要因和非要因;分析可以采用的技术手段和方法，如：刚度试验、疲劳试验、解剖分解及射线、显微、光谱分析等。其中如出现对产品故障报告的疑问，还需进一步收集现场信息。（2）历史数据查找收集。收集查找同一类产品或相近产品的历史故障数据，为本次故障原因的查找提供参考依据。（3）故障报告的结论的审核判定：确定引起故障的真正原因，对故障报告的结论进行审核判定，形成《故障/问题分析表》。

3.4纠正措施

FRACAS包含职责分工、工作流程和资源保障，可以保证纠正预防措施的有效实施，并用以对生产车间的在制品、库存产品及已交付的产品提供相应的整改应对措施。纠正预防措施经确认有效性后，输出《验证分析报告》，以此为依据进行设计或工艺文件的完善更新。

至此，FRACAS完成一次循环，实现了故障信息的闭环管理和跟踪监控。所有FRACAS相关数据均应系统地整理存档。

4结语

FRACAS既是一个信息系统，也是一个工作系统。按照FRACAS的规范化程序操作，保证了产品在研发和装车运行后出现的故障信息能够及时、完整的收集整理和分析，实现故障管理的闭环。通过FRACAS系统的运转，工程技术人员对历史数据查询、参考及应用于新的设计，实现研发新产品的可靠性增长，更好地满足轨道车辆的系统可靠性需求。

参考文献

[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] 董锡明.轨道列车可靠性、可用性、维修性和安全性（RAMS）[M].北京：中国铁道出版社，2009.

[3] 李敏，宋玉庆，刘伟.FRACAS在城轨动车企业的应用[J].机械设计与制造工程，2016（4）：60-62.

[4] 谭钦文，苗东涛，刘建平，等.基于可靠性理论的事件树分析方法研究[J].中国安全生产科学技术，2015，11（6）：75-81.