浅论RMS一体化设计与分析

关键词可靠性维修性保障性设计分析
1 引言
从上个世纪80年代以来，在国防科技和武器装备管理中陆续推行可靠性、维修性和综合保障标准，取得了很大的成效。在工程项目中，按照有关标准、手册制订可靠性、维修性（以及综合保障）工作计划（过去常用“大纲”）并组织实施。可靠性维修性保障性（RMS）设计与分析在武器装备研制中的地位和作用已经为广大设计和管理人员所公认。但是，RMS设计与分析工作在工程实践中的开展却并不是太好，人们常常说一些项目RMS与工程设计是“两张皮”、RMS“走过场”。究其原因是多方面的。根据对一些工程项目的了解，笔者认为，对于多数工程项目说来，R、M、S设计与分析各自成体系导致工作多而乱，是重要原因之一。
按照GJB450规定，可供选择的可靠性设计与分析工作项目有9项，修改后的标准GJB450A提供更多的可供选择的13个工作项目；GJB368A规定的可供选择的维修性设计与分析工作项目有6项，还不包括在GJB2547 中规定的测试性工作项目；GJB3872没有明确综合保障工作项目，但规定的工作内容也是非常多的，而在GJB1371中规定的可供选择的保障性分析工作项目就有15项。这些工作项目要求按照标准或实施指南作为其根据或指导性技术文件。研制单位结合具体工程项目实施这“三性”的设计与分析，要编写各自的报告（也有将可靠性和维修性写在一个报告里的）。在以上标准基础上开发的计算机辅助手段（如“五性”CAD系统）在各个特性设计与分析工具开发和使用上也是各自独立的。应当说，分别做可靠性、维修性和保障性设计与分析，对于某些重点项目、RMS要求很高的项目、比较大的系统或分系统等高层次产品也许是适当的、必要的。而对于多数工程项目、特别是低层次产品，这样做就显得有一些烦琐。RMS自成体系的结果是增加了不必要的重复工作，势必影响RMS工作的效率和效益。
打破RMS设计与分析自成系统，进行RMS一体化设计与分析将有利于提高RMS的水平和设计分析工作的效率与效益，并节省人力物力资源。而要达到这一目的，除管理因素外，最重要的是研究RMS一体化设计与分析的技术、方法和手段。
本文试图对RMS一体化设计技术进行探讨，提出几项可望是比较实用的技术或技术的梗概。显然，这些技术并不都是新创造，而主要是现有技术的集成和改进。但按照这样的思路或其他不同途径，可以创造出更多的一体化设计技术、方法和手段。
2 RMS指标一体化分配与权衡
众所周知，各种装备的可靠性、维修性和保障性定量要求已经形成了一个比较复杂的参数（指标）体系。其中包含了许多容易混淆的概念，如各种参数，各种指标值及其相互关系。RMS参数选择和指标确定必须是一体化的、协调的。系统可用度模型、效能模型是联系R、M、S指标的有效工具，是RMS指标论证与权衡中常常使用的。有关指标的权衡和协调方面已有较多的论述和实践，这里只讨论指标确定后分配的一体化问题。
在RMS指标体系的诸多指标中，真正能够分配、用于控制或影响设计的指标并不多。就一般装备（产品）说来，主要有：可靠性中的平均故障间隔时间（MTBF）或故障率（λ），平均致命性故障间隔时间（MTBCF）；维修性中的平均修复时间（MTTR）；保障性中的使用可用度（Ao）或固有可用度（Ai）。目前的标准、指南或手册中，分别规定了可靠性、维修性指标的分配方法和准则，但对RMS指标分配中的协调、权衡，以至实现分配的一体化很少涉及。
由于保障性指标可用度与可靠性、维修性指标有密切关系，所以，在将系统或高层次产品的RMS指标分配到下层次产品时，实际上有两种路径：（1）将综合性的可用度（保障性）指标分解为可靠性、维修性设计特性指标MTBF、MTTR，再将可靠性、维修性指标自上而下分配到各层次产品作为设计依据；（2）将可用度指标自上而下分配到各层次产品，再将其分解为各自的可靠性、维修性指标。（即RMS先分解后分配或先分配后分解）

目前对于可靠性、维修性分配有较多的方法，可用度分解有现成的模型，但是，对于可用度分配的研究还不很多。实际上，可以建立类似可靠性的系统可用度模型（如串联、并联、冷储备系统模型），借以表达系统可用度与各单元可用度的关系。这是可用度分配的基础。可用度分配的一个难题是确定分配的原则或约束条件，因为分配是多解的可以给出无数的结果。除一般性的准则或约束（比如，根据单元预期的复杂程度、可靠性、维修性、维修方案等）外，重要的是根据具体装备的相似系统、已有经验具体确定这些准则或约束。
需要进一步研究可用度分配的原理、准则、方法。这是RMS分配一体化的基础。
3 以故障模式为中心的RMS一体化设计分析
国内外可靠性工作的经验都认为，FMEA/FMECA是工程实践中最为经济有效的可靠性设计分析技术。实际上，FMEA也是维修性设计分析中最重要的分析技术，包括对于装备战场抢修特性的考虑，它都是非常重要的信息来源。在保障性分析中，FMEA是以可靠性为中心的维修分析（RCMA）和修理级别分析（LORA）的基础，而这两项分析可以说是保障性分析技术中的核心，是影响设计、确定保障资源的主要基础。此外，FMEA/FMECA还为安全性分析提供基础。在可靠性、维修性和综合保障标准中，都把FMEA（FMECA）作为工作项目，而且在绝大多数工程项目合同中都选择了这个工作项目。
FMEA/FMECA 技术可以说已经相当成熟，有关标准GJB1391对其方法做了详尽规定。该标准（源于MIL-STD-1629A）把FMEA/FMECA分为4个子工作项目，对于每个子工作项目标准都规定具体的分析内容和工作表，就各自项目来说是很方便掌握和使用的。显然，这是为了便于在可靠性、维修性、战伤修复（以及生存性）工作中分别引用（可靠性工作中引用101、102；维修性工作引用103；战伤修复分析引用104）。在保障性分析的RCMA和LORA中，将根据需要调用或进行所需约定产品层次的FMEA。当分别进行可靠性、维修性和保障性分析时，这样做是适当的方便的。
如上述，FMEA实际上可以用于RMS各个方面的。我们可以而且应当综合应用这项技术，进行RMS一体化设计和分析。姑且把它称为“以故障模式为中心的综合分析”（用FMCIA代表），其基本思路或程序是：
 对约定层次产品的功能、故障模式、影响进行分析（基本上按GJB1391的101工作项目进行）；
 对故障模式严酷度高（1、2类）且频率高的产品研究纠正措施；
 对上述产品进行RCMA逻辑决断，确定预防性维修工作类型或更改设计；确定故障检测、修理方法（原件修复或更换）；
 对重要功能产品进行损坏模式、影响分析，确定应急修复措施；
 在上述分析基础研究和确定所需保障资源要求。
上述方法，可用于各个层次产品设计与分析，首先是要用于较低层次产品设计与分析。就是说，把RMS设计分析深入到主要零部件、组件，可更换、可修复单元，让具体产品设计人员在进行功能、结构设计的同时做这样的以故障为核心的分析，考虑RMS问题。因此，要对上述方法涉及的FMEA表格、RCMA逻辑决断图等加以简化，并程序化。（略）
4 RMS一体化设计准则
在RMS工作各自的国家军用标准中，都规定了制订设计准则的要求。实践证明，通过制订与实施设计准则，利用设计准则作为依据进行设计评审、检查，以确保设计质量、满足RMS要求，是行之有效的。但是，由于RMS工作标准是分开的，制订设计准则也是分开进行的，当然有关指导设计准则制订的指南、手册等也是分开的。在实际工作中，这不但增加了不必要的重复工作，更重要的是势必造成R、 M、S准则之间的某些冲突或不协调，特别是容易遗漏有关设计措施在R、M、S特性要求之间的权衡。因此，有必要研究与制订RMS一体化的设计准则。
建立RMS一体化的设计准则，可以从两个方面考虑。一个是微观的，针对故障的；另一个是较为宏观的，考虑产品R、M、S之间权衡结果的准则。

如上所述，把可靠性、维修性、保障性紧密联系在一起的是产品的故障、故障模式及影响。RMS设计的核心或重点是围绕消除和减少故障（可靠性）、预防和排除故障（维修性）及其保障（保障性）进行的。所以，设计准则自然应当以故障为核心。这就是说，建立设计准则要求围绕以下问题：
 对于每个产品，其故障模式是否全面掌握；
 故障影响是否清楚；
 对于故障影响严酷度为1、2类的产品，是否有纠正措施；
 对它们（重要产品）是否按照RCMA逻辑决断选择了适当而有效的预防性维修工作类型；
 没有适当而有效的预防性维修工作类型时，是否进行了设计更改；
 对它们进行保养、测试和修复、更换是否方便；
 所确定的维修活动需要什么资源（设备、工具、备件等）。
一个具体产品如果解决了上述问题，其可靠性、维修性和保障性问题可以说基本解决，可以较好地满足RMS要求。当然，在制订具体产品设计准则时，要针对具体产品对这些问题加以具体化。
对于产品设计的R、M、S特征需要进行权衡分析，一般是在产品较高层次。这就需要建立包含有关设计权衡、比较的准则，以便供具体产品设计人员选择更适当的功能和结构设计。这些准则在R、M、S各自的设计准则中，往往难以体现。
提出建立综合的RMS设计准则并不否定R、M、S各自的设计准则。实际上，不同层次产品有不同需求，对低层次产品，最好是综合RMS等特性要求的设计准则，如上述以故障为核心的准则；而对系统级、高层次产品可能需要一些RMS分别的设计准则，以便更详细地分析各种特性及所做的工作，但一体化的设计准则总是需要的、有益的。
显然，保障性还涉及到包装、装卸、储存与运输（PHST）以及使用等方面的问题，在这些方面并不是由故障及其影响决定的，需要有单独的设计准则。

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