軌道交通行業建立FRACAS信息系統的探討

李豹 曾海云

摘要：本文從故障信息數據采集、故障信息傳遞和閉環流程、故障信息數據分析利用角度分析了FRACAS信息系統實施過程，闡述了實施過程的要點，并提出了適合國內軌道交通行業的故障報告閉環系統流程；分析了在國內軌道交通行業實施FRACAS信息系統中普遍存在的2個重大問題，并提出了解決方法。

關鍵字：FRACAS 可靠性閉環流程 模塊化設計 產品配置管理

引言

隨著時代地不斷進步和發展，社會、政府部門和市場對軌道交通產品的質量要求越來越高。人們對產品不再片面地追求產品性能，產品可靠性已經成為衡量產品價值的重要指標之一。據美國可靠性分析中心（Reliability Analysis Center，RAC）1995年發布的有關可靠性工作任務的調查報告，在眾多可靠性任務中，故障報告、分析和糾正措施系統（Failure Report Analysis and Corrective Action System，即FRACAS）得分最高，其重要性已被國際公認。建立FRACAS的目的是及時報告產品故障、分析故障原因，制定和實施有效的糾正措施，以防止故障再現，改善產品可靠性和維修性。FRACAS系統是確保產品固有可靠性水平達到預期的目標值的有效手段。故障報告閉環系統對于提高產品的使用可靠性，改善其維修性，降低全壽命周期成本（Life Cycle Cost，LCC）等方面具有重要的作用。

軌道交通市場對產品可靠性的要求越來越高，國內許多企業已經實施了FRACAS信息系統。但在實施過程中，易出現與軌道交通行業不相適應的情況。本文以從故障相關信息的采集、傳遞和閉環流程和信息利用的角度闡述了在軌道交通行業中成功實施FRACAS信息系統的一些要點，論述了在國內軌道交通行業中FRACAS信息系統普遍面臨的2個重大問題，并提出了解決方法。

1. 建立RACAS系信息系統的過程探討

在實施FRACAS信息系統之前，企業也存在故障信息的收集、信息的處理和統計分析的過程。但是往往沒有企業內統一的做法，各單元對信息的統計分析需求不同，各自保存和維護自己的故障信息庫，信息的分類量化標準也不一，導致各業務單元統計的故障數據不一致。

實施FRACAS信息系統的過程就需要整合企業內各業務單元對故障信息的數據采集、整理和統計分析的需求，制定和實施企業內部統一的故障信息閉環處理流程，建立滿足各業務單元需求的故障信息數據庫。這場變革只有獲得企業高層領導者認可和極力支持下建多功能FRACAS實施小組。實施小組的工作內容是研究和確定企業FRACAS信息系統的實施方案，并通過軟件技術將其進行實現。

FRACAS信息系統由信息采集、信息傳遞和閉環處理、信息統計分析三大部分組成，信息的采集是FRACAS信息系統的輸入、信息閉環處理是FRACAS信息系統對故障信息進行加工、故障信息統計分析是FRACAS信息系統的輸出。

1.1 FRACAS信息系統的信息采集

FRACAS信息系統中數據的收集是FRACAS信息系統的輸入，FRACAS信息系統實施小組可通過以下4個步驟來確定故障相關信息的采集標準。

第一步：實施小組需要調查研究企業內部各業務單位對故障信息的利用需求，比如：產品可靠性設計部門需要計算產品的平均無故障公里數，需要擬合產品的故障率曲線。

第二步：FRACAS實施小組研究確定滿足每個要求，需要采集哪些信息，分析用戶會按照哪些維度對這些數據進行統計分析。比如：計算產品的平均無故障公里數（MDBF），產品在歷史里程數據、產品的故障次數。

第三步：FRACAS實施小組在統籌企業需要在FRACAS系統收集的信息之后，明確哪些信息需要進行量化，凡需要進行分類統計和計算的信息字段必須進行量化，最終形成企業統一的故障信息采集字段，并確定哪些字段需要進行量化。

第四步：FRACAS實施小組需要確定或制定量化字段的量化標準。調查企業內是否已有量化的標準，或者使用過的量化方法。FRACAS實施小組需要組織制定各字段的量化標準，比如功能系統層次的量化標準，失效模式的量化標準，故障影響等級的量化標準等等。制定的量化標準需要成為公司內統一的標準，確保FRACAS信息系統收集的信息在企業內都具有統一的含義。

1.2FRACAS信息系統的故障報告閉環工作流程

在國軍標GJB841-90 《故障報告、故障分析及糾正措施系統》的應用指南中給出參考的故障報告閉環系統工作流程圖，推薦的閉環工作流程是許多行業實施FRACAS系統閉環流程的模板，但與國內軌道交通行業的環境不相適應，軍工行業的FRACAS系統實施范圍集中在產品研發過程，批量生產之前已經對產品的可靠性進行了驗證，從而FRACAS系統不再介入產品交付使用的階段。而在國內軌道交通行業中實際也不可能對運用過程中的每一個故障進行故障根原因分析，并采取相應的糾正措施，而是按照故障的影響和發生的頻次來綜合確定是否進行立項攻關，進行根原因分析，制定糾正措施和實施相應的段改活動

圖2GJB841-90提供參考的故障報告閉環系統工作流程圖

因此軌道交通行業FRACAS故障報告閉環流程并不能照搬GJB841-90標準中參考流程。在實施FRACAS信息系統時，將閉環流程分為2個層次，一個是針對運用現場故障發現后的故障報告、故障核實（勘察）、故障維修和故障初步分析和責任判定的閉環流程（小閉環），另一個是針對批量故障識別成問題之后按照8D問題求解法實施的8D問題糾正措施閉環流程（大閉環）。其故障報告閉環流程圖如下：

圖3 適合軌道交通行業產品批量運用后的故障報告閉環流程圖

1.3 FRACAS信息系統的數據分析

對FRACAS信息系統采集的數據，進行數據分析，支持業務決策是FRACAS信息系統價值所在。對于FRACAS信息系統中故障數據庫分析，各企業往往通過定制相應的報表來實現，比如故障信息周報、月報、產品的平均無故障公里數（MDBF）計算報表、FRACAS流程監控報表等。這也是目前幾乎所有FRACAS信息系統的做法。但是報表需要進行定制開發，每個報表都是按照特定的需求向決策層進行數據分析和展現。定制好的報表死板難以進行交叉分析，比如定制了一個本月各服務網點故障數的報表和本月各故障等級的故障數的報表，但需要知道各服務點各故障等級的故障數時，報表無法給出，除非重新定制新的報表。而在實際業務分析中往往需要多個角度進行交叉分析，報表難以滿足這樣的需求。

FRACAS信息系統可通過基于數據倉庫的聯機分析處理（OLAP）來解決報表系統問題，并極大提升數據分析的功能。在FRACAS信息數據庫的基礎上，通過清理、整合企業內部其它與故障信息相關的數據源（比如制造過程讓步接收信息、產品制造過程中執行的工藝信息）形成數據倉庫，并針對特定的問題領域建立多維數據集，多維數據集支持多個維度（比如：時間、產品、客戶、服務點、功能系統、失效模式、供應商等等）進行交叉聚合分析，而且在這些維度可以進行鉆取、切片切塊、旋轉操作。OLAP專門設計用于支持復雜的分析操作，側重對決策人員和高層管理人員的決策支持，可以根據分析人員的要求快速、靈活地進行大數據量的復雜查詢處理，并且以一種直觀而易懂的形式將查詢結果提供給決策人員，以便對業務單元的決策進行支持。使用OLAP技術對FRACAS信息系統進行數據分析將是FRACAS系統數據利用的發展方向。

2. 軌道交通行業實施的FRACAS信息系統普遍存在的2個關鍵問題及解決方法

2.1 通過模塊化產品設計使FRACAS系統覆蓋產品設計過程

國內軌道交通行業中產品的研發幾乎所有的設計輸出文件需要完全重新制作，其中存在大量通用性要求的類似重復設計。FRACAS系統中的故障經驗庫，不能主動向設計者提供改進經驗，在超短的設計周期下，設計者忙于完成施工設計，特別是開發人員不同時，以前已經發生過的故障，在新設計的產品中仍然存在，甚至出現新的設計缺陷。產品也沒有進行可靠性驗證試驗就進入了批量生產和交付階段。設計缺陷只能在批量投入運營之后，才能顯露出來。FRACAS系統的閉環流程僅用于對批量產品運營之后對其進行可靠性性提升，主要進行事后補救。主要原因是沒有一種良好的機制將FRACAS系統提出的改進措施方便地應用于新產品開發，另一個原因是設計周期短。

如果加強設計輸出的可復用性，確?？煽啃蕴嵘募m正措施能夠通過復用直接應用于新設計，就能在縮短產品設計周期的同時，通過復用技術成熟，并經過可靠性驗證的設計，保證產品設計的固有可靠性水平，這個復用的思想即模塊化設計。

模塊化設計可以將市場中一些通用的功能要求的實現進行封裝成為可以復用的單元。通過對外提供標準的空間和通訊接口和模塊功能的及功能調用的方法，使用者通過按接口的規范調用模塊，就能在產品中實現相應的功能，從而不用關心模塊內部的實現, 就能利用模塊進行積木式搭建實現需要的功能，從而實現模塊的復用。

模塊在設計完成之后，應該進行相應的可靠性驗證工作，通過了驗證模塊才能進行發布，并可投入的產品的設計中，對于模塊的設計變更也需要重新進行可靠性驗證，才能應用到最終的模塊變更中，模塊的變更通過模塊的調用就可以直接應用到新產品設計中。因此針對模塊的復用就是FRACAS信息系統的糾正措施在新產品應用的良好機制。

在模塊的設計和變更過程應用FRACAS系統，其故障報告閉環系統流程參照國軍標提供的參考閉環流程進行設計，針對在可靠性驗證試驗中發生的每個故障事件都需要進行根本原因分析，并采取糾正措施進行閉環；在最終產品的特性需求的設計和其選擇的模塊進行投入運營之后，其閉環流程可參考本文1.2節中提出的小閉環和大閉環流程，流程圖見圖3。

將通用要求的設計進行標準化封裝成產品模塊，并在新項目中直接使用，可以減少重復勞動，新設計的模塊和對模塊的改進變更經過FRACAS系統閉環流程進行可靠性驗證,這樣對模塊的改進都直接固化在模塊中，通過在不同項目中復用這些模塊，不僅可以大大縮短產品的研發周期，還使得各項改進可直接應用于新產品設計，避免故障重復發生，能確保產品設計的可靠性。

2.2 通過產品配置管理系統提升FRACAS系統數據的分析能力

在軌道交通行業建立的FRACAS信息系統中收集到故障相關信息普遍缺乏可追溯性。比如不能獲知故障件在生產制造過程中是否有異常，故障件是什么時候裝配，故障時刻故障件服役了多長時間或者里程，故障件之前是否進發生過故障，是否進行了段改等等。此時故障信息的價值受到了極大的限制。比如在研究產品的可靠性中，產品的壽命分布（失效分布）是一個十分重要的因素，它是確定產品可靠度、維修周期等重要可靠性參數和進行可靠性分析的基本依據。而缺乏對零部件進行跟蹤的FRACAS信息系統，在進行可靠性研究時只能建立在壽命分布符合指數分析的假設基礎上，而對于機械產品而言，壽命分布并不符合指數分布而是威布爾分布，在這一基礎上進行軌道交通產品的可靠性研究，對于機械產品而言是錯誤的。

產品配置數據管理系統能夠很好地解決產品及其零部件的信息可追溯性問題。產品配置管理系統通過產品配置BOM作為產品配置數據的基礎，為每個產品的每個零部件建立了配置數據檔案，記錄了比如零部件物料號、版本、零部件在產品中的安裝位置、產品序列號、產品供應商、產品生產時間、裝車時間、零部件裝車時產品里程、零部件服役里程等信息。在這些信息發送變化時，比如更換了零部件、產品配屬地發生變化、對零部件進行了段改作業時，產品配置數據系統將記錄配置數據的變更的履歷。

產品配置數據管理系統保證了產品配置BOM中的每個零部件均具有如同人的身份證意義一樣的唯一的配置ID，每個零部件通過配置ID關聯其在不同信息系統中發生的事件信息，使產品配置數據系統成為了這些信息系統數據進行互通的橋梁，能夠將各信息系統的數據整合，從而極大地提升數據分析的能力和價值。比如：每個產品及其零部件可通過其配置ID關聯FRACAS系統中對應部件的故障、維修和零部件拆卸事件，關聯不合格品控制系統中對應部件的不合格事件和讓步接收事件，關聯制造執行系統（MES）中的工藝路線、工作中心等信息。

通基于產品配置數據的FRACAS信息系統，可使得FRACAS信息系統收集到的故障信息可與零部件配置數據相關聯，從而使得產品及其零部件從設計、制造到產品運營的信息是可關聯的，使得FRACAS信息系統具有顯著的優勢。比如，通過記錄維修和拆卸時刻機車車輛的里程，就能準確計算出每個零部件的服役的里程數，加上每個零部件的故障信息即可估計零部件的壽命分析（失效分布）曲線，可解決可靠性分析中的基礎問題，從而可以科學制定產品和零部件的維修周期、科學預測在保證可用性目標情況下備品備件數量等。能夠從更多的維度上進行數據分析，比如針對不同供貨商、不同配屬地點、不同的裝配位置、相同部件不同所屬子系統之間、不同的技術版本之間等等進行可靠性比較分析，為設計選型、可靠性分析和驗證、供應商業績評價等提供準備的決策數據。

3. 結束語

南車株洲電力基礎有限公司實施的FRACAS信息系統采用了本文提出的方法，整合了各業務單位對故障信息數據分析的需求，并量化了故障信息采集字段，形成了可從產品BOM、功能系統、時間、里程、供應商、客戶、服役區域、失效模式、技術狀態等多個維度進行聚合分析的故障數據庫。并且實現了基于產品配置數據管理系統的FRACAS信息系統，能夠追溯機車車輛及其零部件發生的故障、維修、更換、段改事件信息，能夠利用這些數據擬合估計各零部件或功能系統壽命分布（失效分布）威布爾曲線。

4. 參考文獻

[1] 陳曉靜 面向商用飛機生命周期內的FRACAS研究【碩士學位論文】 南京：南京航空航天大學，2006

[2] GJB841-90 《故障報告、故障分析及糾正措施系統》

[3] 孟繁林 FRACAS技術在軌道交通行業中的應用 電子產品可靠性與環境試驗 2013年第1期 66-71頁