航空油料储运RAMS管理体系设计与应用

2023-08-08钟安志王咏巫良杰王小锋朱辉

粘接 2023年7期

钟安志王咏巫良杰王小锋朱辉

摘要：由于航空油料储存、运输过程中的油料高度集中，所以需要对每一个环节设备的可靠性进行保证，减少系统设备的失效性。将可靠性、可用性、可维护性、安全性等RAMS管理思想引入到航空油料储存、运输系统中，建立航空油料储存、运输系统的RAMS管理体系，并对其在全生命周期各阶段进行管理。从RAMS管理的角度，对航空油料储存、运输系统的RAMS管理应用进行了探讨，并对RAMS在各个环节中的工作重点与难度进行了分析，以确保航空油料储存、运输系统的全生命周期的安全管理。

关键词：航空油料储存系统；航空油料运输系统；RAMS管理；全生命周期

中图分类号：X9;TP311

文献标志码：A

文章编号：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发展而来的，从20世纪60年代开始，RAMS的管理逐渐向可维护性、安全性等方面发展。直至现在，可用性也逐渐被纳入其中。RAMS管理技术是一种对产品开发、设计、制造、试验和售后服务过程进行严格RAMS保障的一系列技术，该管理技是最早被用于民用航空和军工等行业。由于航空油料储存、运输过程中的油料高度集中，所以需要对每一个环节的可靠性进行保证，减少系统设备的失效性。将可靠性、可用性、可维护性、安全性等RAMS管理思想引入到航空油料储存、运输系统中，建立航空油料储存、运输系统的RAMS管理体系，并对其在全生命周期各阶段进行管理。

1 RAMS管理简介

RAMS是由4个英文缩写构成的，分别是：可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维护性（Maintainability）、安全性（Safety）［1］。RAMS管理是针对企业、工程、设备设施等长时间运行特点，在全生命周期中运用可靠性管理理念、方法与技术而形成的一种管理方法［2-4］。

可靠性（Reliability），是指在给定的操作环境中，一种设备或设施能够在一定时期内，保持该设备或设施预设的功能。设备或设施的可靠性具有以下3个特点：（1）重点考虑故障失效；（2）运用量化表达式，对可能出现的故障进行判定；（3）评估故障失效对系统或设备设施实现预设功能的影响。通过两个关键的参数评价设备或设施的可靠性：MTBF的平均故障失效时间和MTBSF的平均使用失效时间。

可用性（Availability），指的是一种设备或设施在任何时刻进入到生产工作中时，一种设备或设施处于可正常工作状态的能力，具体包含了维修保障能力及使用保障能力。

可维护性（Maintainability），指的是在给定的工况下以及在规定的时间之内，按照预设的工作程序及方法进行维修时，能够将设备或设施维持或恢复到其预设工作状态的能力。可维护性有3个特点：（1）聚焦于故障，是一項以故障恢复为目标的行为；（2）能够对设备或设施进行修理，以表示设备或设施修理的难度；（3）一种被赋予在设备或设施设计中的内在特性。可维护性以2个参数为基础：MTTR平均修复时间，Mmax最大修复时间。

安全性（Safety），是指在设备或设施中不会出现危险事件的能力。安全性是指在设备运行、维修、维护等各个环节中，在不同工作状态下，可能出现的各种危险事件，其主要包括人身伤亡，财产损失，环境污染等［5］。

2 RAMS管理目标

2.1 提高设备可靠性和可用性

由于航空油料储存、运输过程中的油料高度集中、储运量较大。航空油料的供给与民用航空的正常运行有着密切的联系，所以需要对每一个环节中的油料输送管道、阀门、储罐、控制系统、加注系统等设备的可靠性进行保证，减少系统设备的失效性。因此，必须强化设备或设施RAMS的管理，才能从源头上确保航空油料供给的稳定性［6-7］。

2.2 减少设备故障对油料供应影响

在与航空油料供应有关的设备或设施运行过程中，RAMS管理的应用需要对其进行深入的研究与规划，从而达到如下目的。一是降低设备或设施的停机与维修；二是降低由于系统装置失效而引起的航空油料供应中断。所以，RAMS管理的目的就是要保证设备或设施能够完成指定的功能，并且在发生故障失效时，尽量减少安全隐患［8］。

3 RAMS管理工具

将RAMS管理理论应用于设备或设施全过程的质量管理中，经常会运用到科学技术的手段，利用这些技术手段系统地、科学地、客观地、全面地、准确地评价设备或设施的质量。通常根据在其可靠特性采用：（1）危险程度分析（Hazard Analysis）；（2）故障模式、影响和危害分析（FMECA）；（3）失效模式和效应分析（FMEA）；（4）故障报告、分析及纠正措施（Failure Reports，FRACAS）；（5）故障树分析（Failure Tree Analysis，FTA）等。作为现代RAMS管理中常用的一种技术手段，故障树分析方法是一种在当代RAMS管理中经常使用的技术方法，它可以通过一种逻辑的方式，形象地完成对风险的系统的分析，直观明了，思路简单，条理清晰，逻辑性强，既可以进行定性也可以进行量化。这体现了运用系统思想对企业的安全问题进行分析与讨论时所具有的系统性、准确性和前瞻性［9-10］。

在此基础上，结合RAMS在全生命期内的应用，实现了对设备相关成本的有效的控制。全生命周期的设备相关成本是一种在设备从规划，研发，设计，生产，运行，组装调整，使用，维修，更新改造，直至退役的总费用。

除此之外，在进行系统的RAMS管理时，还可以利用系统的逻辑和数学模式，进行可靠性的研究和改善，一般都是建立在一个比较一致的数据模式上［11］。

3.1 RAMS管理分析过程

RAMS管理分析技术是通过对所采集到的每一个系统的数据进行归纳，从而计算出每一个系统可能出现的失效的概率，进而对每一个系统进行定量分析与评价。同时，对这一风险实施的监控、检测或检修的各种方案的利弊进行定量比较，以帮助管理者做出合理的管理决策。这一工作既可以是单一的元件，产品，设备，也可以是在整个项目的不同时期，针对不同的设备，不同的系统。

RAMS管理分析技术是将最初的分析结果持续地对比、优化，直至达到每个系统所设置的可靠度、可用度的目标为止。在进行分析之前，应对航空油料储存、运输设备设施，设计寿命，投资回报率等进行量化评估；在此基础上，利用可靠性框图（RBD）方法，构建了RAMS系统的分析模型［12-14］。

3.2 可靠性模型

使用工艺流程图来建立每个系统的可靠性框图RBD，然后再从可靠性框图RBD中推断出系统各个组成设备或设施的可靠性，进一步得出各个组成设备或设施可靠性与系统可靠性之间的关系，该模型即系统的RAMS管理分析模型。可靠性框图RBD用图表的方式表示了在RAMS管理分析模型中，设备部件之间的逻辑关系。可靠性框图RBD为RAMS的管理模式提供了一个可靠的框架，其描述了RAMS管理的各部分之间的相互联系，以及这些联系对整个系统的运行产生的作用。

在RAMS管理的应用中，最常用的一种模式是串联模型，它隐含着“木桶效应”的思维方式，其可靠性为各部件可靠性的乘积。但是，在日常工作中，并联系统属于一种最简单的冗余系统，相对于串联模型，这种系统有着可改善可靠性的优点，很明显并联的系统部件越多，系统的可靠性就会越高。

3.3 可靠性指标

可靠性指的是在一定的情况下，在一定的时间内，设备或设施能够达到用户所期望的功能的能力。这个指标通常采用的是概率的方法来衡量可靠性的能力，也就是可靠度。故障是指设备或设施在设计、制造、运行、维护、环境及管理等方面发生的故障。因此，大多数的设备或设施的可靠度都是用失效时间来表达。

（1）平均无故障时间（MTTF），指设备或设施投入运行到发生故障间隔时间的平均值。

MTTF=1nΣni=1ti

式中，t为设备或设施投入生产过程到发生故障间隔时间；n为设备或设施抽样样本的总数；

（2）平均故障失效间隔时间（MTBF），是设备或设施在发生2次故障失效之间的平均工作时间，其表达了能够在一段既定时间里维持设备或设施正常工作的性能，若间隔时间越长，则说明其可靠性越高。

MTBF=Σni=1t′iΣni=1mi

式中：t′为设备或设施累计正常生产工作的时间；n为设备或设施抽样样本的总数；m为设备或实施实际维修次数；

（3）平均首次故障时间（MTTFF），指设备设施投入运行到发生首次故障平均间隔时间。

MTTFF=1nΣni=1tni

式中：t"为投入运行到发生首次故障间隔时间；n为设备或设施抽样样本的总数。

3.4 安全性评价指标

安全性是在一定的条件下和在指定的时间内，设备或设施不发生被使用者所不能承受的风险的概率，通常使用多因素的等级对安全性能力及安全度进行衡量。

（1）出现度等级（OPR），其是在故障模式中出现的可能程度；

（2）严重度等级（ESR），指在故障模式中造成后果的严重程度；

（3）检测度等级（DDR），表示检测到失效模式发生的容易程度；

（4）风险优先数值（RPN），是一种用于评估设备或设施OPR、ESR以及DDR等因素对设备或设施的影响程度的评估数值；

（5）安全度等等级（DS），即将RPN作为一个基数来计算的安全性等级［14］。

3.5 可维护性评价指标

可维护性是指在特定条件下，在预设的时间内，通过设定好的维护维修程序和方法，对设备或设施进行维修时，能够使其保持并恢复到能够实现用户预期基本功能的状态。一般来说，可维护性能力可以用概率来衡量，并通过非降函数来显示维护度与时间的关系，通常记作M（t）。

M（t）=p（t>T）

式中：t为规定的维护时间；T为实际维护时间。

设备或设施的维护性能指标通常使用维护时间来衡量。

（1）平均维护时间（MTTR），是指设备或设施从发生故障到可重新运行的平均间隔时间。维护时间主要包括故障识别时间、获取设备或设施备件时间、维护人员响应时间、维护工作时间和重新运行准备时间等。

MTTR=ΣniΣmj=1tij

Σni=1mi

式中：t为设备或设施从发生故障到可重新运行间隔时间；n为设备或设施抽样样本的总数；m为设备或实施实际维修次数。

（2）中位维护时间（MRT），是指修复设备或设施故障，使其可用度达到50%所需要使用的时间，通常记作tM（0.50）；

（3）最大维修时间（GRT），是指修复设备或设施故障，使其可用度达到95%所需要使用的时间，通常记作tM（0.95）。

3.5 可用性评价指标

可用性是设备或设施在特定时刻能够正常运行，满足用户需求的能力。它是设备或设施正常运行时间占总运行时间的期望比率，反映设备或设施的可靠性和可维护性。可用性是一种综合性指标，可用度（A）被用作其中的可靠性指标。

A=MTBFMTBF+MTTR

从上式可以看出，可用性是一种用于测量设备或设施功能工作效率的指数，可用性越高，表示设备或设施工作效率越高。

4 RAMS管理应用探讨

4.1 RAMS管理团队

RAMS的管理小组主要负责航空油料储存、运输系统的RAMS的管理，并对储存、运输系统的各种设备或设施的可靠性、可用性、可维护性、安全性等方面进行全面的跟踪。

（1）制订RAMS的管理程序；

（2）负责航空油料储存、运输体系中与质量管理体系有关的工作；

（3）与工程师、行政等部门密切合作，将RAMS的管理思想贯彻到整个油料储存、运输系统的生命周期中；

（4）保证RAMS的各项管理目标符合公司的需要；

（5）制订RAMS的管理方案，并为RAMS的管理提供充足的资金；

（6）对RAMS的管理状况及进展进行跟踪［3］。

4.2 RAMS管理生命周期

RAMS管理生命周期的划分是根据航空油料储存、运输系统对RAMS的要求而进行的，它是一个对整个航空油料储存、运输系统进行RAMS工作的整体规划。具体包含：（1）明晰RAMS在各个阶段的管理工作；（2）RAMS管理的责任划分；（3）明晰RAMS在各个阶段的工作结果；（4）建立RAMS在每个阶段的审计需求。

4.3 RAMS各阶段审计

对RAMS的各个环节进行审计，是整个航空油料储存、运输系统RAMS管理过程中的一个关键环节，也是确保RAMS得以有效执行的重要途径。可将审计阶段划分为阶段审计、项目审计。

阶段审计是指当RAMS管理进入某个阶段，进入下一个阶段时，进行的一个阶段审计。审计结果是一个重要的参考，它的工作有：（1）对RAMS的管理要求进行审计，并对RAMS工作内容的完成进行审计；（2）对RAMS管理所提的问题进行审计，以确保其改善或解决；（3）对承包商的RAMS管理和作业进行审计，以确保其符合RAMS的规定。

RAMS项目审计的种类有：（1）RAMS分系统工作方案审计；（2）对RAMS分析所涉及的项目进行审查；（3）主要失效分析与失效报告、分析与纠正行动（FRA-CAS）体系检讨［15-16］。

4.4 RAMS管理在油料儲运系统的应用领域

在航空油料储存、运输系统中，RAMS管理的应用范围包括：（1）管路和罐体；（2）自动控制系统；（3）阀门等。

5 结语

影响航空油料储存、运输的主要因素有：安全性、可靠性和经济性。根据航空油料储运系统的RAMS管理特征，构建了一套适合于航空油料储运系统的RAMS管理体系，并对RAMS在整个生命周期每个阶段的管理需求进行了详细的阐述，可以让RAMS管理在航空油料储运系统的每个阶段都进行贯彻，并把它的管理成效反馈到实践中去，以此来进一步改善和完善航空油料储运系统的管理，进而提升航空油料供应的可靠性。

【参考文献】

［1］聂炳林，白建平，范健强，等.RAM分析技术在海上油气处理系统中的应用［J］.安全、健康和环境，2017，17（9）：21-24.

［2］王君.自动旅客运输系统的可靠性、可用性、可维护性和安全性（RAMS）管理［J］.城市轨道交通研究，2019，22（10）：125-131.

［3］郭伟.RAM设备评价分析技术在催化裂化装置上的应用［J］.安全、健康和环境，2016，16（9）：40-43.

［4］高伟新，刘健，陆涵.建筑燃气管道全寿命周期成本分析方法初探［J］.城市燃气，2018（5）：35-37.

［5］赵静.RAM分析在LNG接收站中的应用［J］.石油化工设备，2011，40（1）：83-86.

［6］詹婷雯.航空油料储罐结构特性与优化设计［J］.化工管理，2018（35）：22-23.

［7］蒋利强.从波音737MAX事故教训看石化企业开展RAM分析的重要性［J］.安全、健康和环境，2020，20（18）：52-55.

［8］王丽梅.通用航空机场油库精细化管理分析［J］.石化技术，2019，26（6）：175-176.

［9］魏晓彬.我国民航航空油料安全管理研究［J］.中国石油和化工标准与质量，2018，38（7）：53-54.

［10］杨春周，孙岩，宋传洲.基于FMECA的高寒地区军用油料储运风险分析［J］.项目管理技术，2020，18（12）：65-70.

［11］申得济，苏义宝，赵德旺，等.LNG供应链可靠性、可用性和可维修性（RAM）分析［J］.中国石油和化工标准与质量，2022，42（1）：131-132.