RAMS与LCC培训资料

生命周期成本LCC
1、生命周期成本（IEC300-3，IEC60300-3-3 ）：根据LCC 模型，一个产品在其生命周期内累计的
模型成本。

2、生命周期成本过程：根据LCC模型，对购买和使用一个产品的总成本进行经济分析的过程。

这个分析为决定产品的设计、开发和使用提供了重要的输入。

产品供应商可以通过评估不同方案和进行比较分析研究，优化产品的设计。

也可以评估不同的运行和维修策略以优化LCC。

3、LCC由若干方面组成：
-投资
列车的购置成本
需要的专用工具
备品备件（LRU：Line Replaceable Unit）
培训
文件化
……
页脚内容1
-维修
预防性维修（PM：Preventive maintenance）
纠正性维修（CM：Corrective maintenance）-运行成本
能源（电或燃料）
轨道的使用（*）
运行人员（*）
-生命结束成本
处置成本（*）
注：（*）- 这些项目一般不包括在LCC的合同中。

页脚内容2
3、LCC的作用：
-投标
-比较不同的方案
-项目控制
页脚内容3
-成本预测
-……
页脚内容4
可靠性Reliability
1、定义（IEC50 191-02-06）
可靠性指的是一个部件履行要求的功能的能力：
-在给定的条件下和
-在给定的时间内。

2、测量方法
1）R(t), 可靠性概率: 一个部件在给定条件下、在给定的时间间隔内能够履行要求的功能的概率。

当
= 常数时
,
t 可以是以下任何一种参数:
-时间(日历时间, 车辆运行时间, 部件运行时间, 旅行时间) -运行的距离
页脚内容5
-工作循环或类似的.
2) 故障概率F(t) = 1-R(t)
3) 故障概率密度f(t) = d F(t) / d t
4) 故障率
= f(t) / R(t)
当故障率为常数时, 即不随时间和行程变化时,
= 1/MTTF, 对于不可修复部件;
= 1/MTBF, 对于可修复部件;
= 1/MDBF, 通常是对车辆.
这里, MTTF: Mean Time To Failure到故障的平均时间
MTBF: Mean Time Between Failures故障间的平均时间(指运行时间) MDBF: Mean Distance Between Failures故障间的平均行程
页脚内容6
注意: 一般情况下
, 是随时间变化的, 譬如在运行初期和末期故障率都会比较高(浴盆曲线).
MDBF是经常被作为规范使用的.
MDBF = 在一段时间里的运行行程/ 这段时间总的故障次数
3、故障分类(EN 50 126)
1)特大故障(Significant, Immobilizing Failure)
具有下列特征的故障:
-产生危害和/或
-列车无法移动或者导致服务延迟大于某一规定时间和/或引起成本高于某一规定水平.
2)大故障(Major, Service Failure)
具有下列特征的故障:
-系统必须调整以达到规定的性能, 并且
-不满足特大故障的条件.
3)小故障(Minor)
具有下列特征的故障:
页脚内容7
-不阻止系统达到规定的性能, 并且
-不满足大故障或特大故障的条件.
页脚内容8
可靠性确定的例题:
5辆机车在24个月内的故障情况如下表. 所有机车每月的行程为20 Tkm. 故障之后立即被修理好并返回到运行. 要求确定机车的MDBF.
(24个月平均; 前12个月平均; 后12个月平均)
页脚内容9
页脚内容10
1. 用全部24个月数据: MDBF = 5*480 / 20 = 120 Tkm
故障率
= 1/MDBF = 0.83 次/ 100 Tkm
2. 用前12个月数据:
MDBF = 5*240 / 14 = 85.7 Tkm
故障率
= 1/MDBF = 1.17 次/ 100 Tkm
3. 用后12个月数据:
MDBF = 5*240 / 6 = 200 Tkm
故障率
= 1/MDBF = 0.5 次/ 100 Tkm
4. 每辆机车的MDBF, 故障率= ?
5. 行程-累计故障次数曲线
页脚内容11
6. M(d)程序
页脚内容12
有效性Availability
1. 定义(IEC50 191-02-05)
一个部件在履行要求功能的状态的能力
-在给定的条件下
-在给定的时间内或在给定的时间间隔内
-假定要求的外部资源已被提供.
2. 有效性的测量
A = 有效时间up time / (有效时间up time +无效时间down time) = up time / 总的时间total time
= 1 - down time / total time
有效时间up time: 部件在有效状态的时间间隔
无效时间down time: 部件在无效状态的时间间隔
1)固有有效性inherent availability (Ai)
Ai = 纠正性维修时间/ 总的时间
页脚内容13
= MTBF / (MTBF + MTTR)
MTBF: Mean Time Between Failure平均故障时间
MTTR: Mean Time To Restoration 平均恢复时间
纠正性维修时间corrective maintenance time (主动维修时间active maintenance time): -故障定位时间
-零件更换时间(包括进入到更换位置)
-修完后的复查时间
但不包括: 服务时间, 路途时间, 休息时间和作决定的时间.
2)技术有效性technical availability (At)
At = (纠正性维修时间+ 预防性维修时间) / 总的时间
预防性维修时间Preventive maintenance time:
-维修计划中包括的安全措施和工作准备时间
-纯维修时间
-修完后的复查时间
页脚内容14
但不包括: 服务时间, 路途时间, 休息时间和作决定的时间.
作为一个规则, 预防性和纠正性维修时间不包括在维修工场中修理, 大修或重新调试被更换零件的时间, 因为这不会影响到车辆的有效性. 但是如果被换下的零件修好后要被重新安装在原车辆中, 这个时间要被计入作为计算有效性.
4)运行有效性Operational availability (Ao)
除纠正性, 预防性维修时间之外, 还将物流和管理性延迟时间也计入无效时间.
5)车辆有效性Fleet availability (Afleet)
Afleet = 可运行的车辆数/ (可运行的车辆数+ 现在维修的车辆数)
=可运行的车辆数/ 总的车辆数
专用非有效性(special unavailability):
由于纠正性维修而不有效的车辆数/ 总的车辆数
一般, Ai, At, 专用非有效性会在合同中用到.
页脚内容15
例题:
车辆每天运行18h (一年按365天计). 每年纠正性维修的时间为100h, 预防性维修的时间是200h. 请计算Ai, At.
1.时间按h计算.
2. 时间按天计算, 每天按24小时计.
3. 时间按天计算, 每天按8小时工作时间计.
页脚内容16
1. Ai = (18*365-100)/(18*365)=0.9848
At = (18*365 -100 -200) / (18*365) = 0.9543
2. Ai = 1-100/24/365=0.9886
At = 1- (100+200)/24/365 = 0.9657
3. Ai = 1-100/8/365=0.9658
At = 1- (100+200)/8/365 = 0.8973
页脚内容17
4. 如何改进车辆的有效性
-改进可靠性
-在合适时加大维修间隔
-减少维修时间(用尽可能多的有用的工人人数, 用优化的程序)
-改善可维修性(maintainability): 快速故障探测, 易进入, 很好诊断, 对更换频繁的部件很容易进入, 更换时不需重工或调整等)
-将维修活动放在运行不太繁忙的时间里
-将维修时间换到车辆不运行时.
页脚内容18
可维修性Maintainability
1.定义(IEC50 191-02-07)
一个部件的能力:
-在给定的使用条件下
-被维持在
-或被恢复到
-一个它能履行要求的功能的状态
-当在给定的条件和使用规定的程序和资源执行维修时.
2.可维修性的量测
MTTR: Mean Time To Restoration平均恢复时间
恢复时间具有统计分布特性, 一般用对数正态分布来表示.
页脚内容19
恢复Restoration: 通过更换缺陷件(LRU: Line Replaceable Unit在线可更换件)将车辆恢复到正常运行状态. 缺陷件随后在维修工场被修理.
3. 恢复时间Restoration time, 主动维修时间Active maintenance time, 可维修性Maintainability
可维修性可以被描述为在规定的维修和运行条件下易于服务程度和易修理程度的特性.
其主要特点是:
-可进入性(accessibility)
-可测试性(testability)
-可更换性(exchangeability)
可进入性(accessibility): 要测量部件的特性或进行维修, 部件必须容易进入(人员和工具的空间, 尽可能
页脚内容20
少地移出其它部件).
可测试性(testability): 故障之后要进行的检查要使用简单的, 不相互矛盾的测试(故障识别和定位, 即诊断的准确性).
可更换性(exchangeability):故障发生后, 有缺陷的部件要用储存的备件去更换, 要没有调整和其它形式的重工.
可测试性(testability): 更换缺陷部件后, 需要用另一个简单的测试去检查故障是否已被消除.
因此, 可以用3个时间之和(故障定位, 更换, 复核)来表示检查和修理过程, 称为”主动维修时间” (Active maintenance time). 服务时间(可进入性)也被计入主动维修时间.
主动维修时间:
-故障定位时间, 包括进入
-缺陷部件更换时间
-复核时间
页脚内容21
主动维修时间也就是恢复时间, 具有统计分布特性, 一般用对数正态分布来表示. 其平均值就是MTTR(平均恢复时间) –可维修性的量测方法.
4. 可维修性和维修(Maintainability & Maintenance)
维修Maintenance: 所有技术性和行政性措施的组合, 包括管理措施, 其目的是维持部件在或将其恢复到能够履行要求的功能的状态.
可维修性是一个部件的内在特性, 这个特性是部件制造商的职责.
维修是由维修团队应用技能和资源来实施的一种活动, 这是维修者的职责.
理想状况: 可维修性和维修应该彼此和谐.
不理想: -差的可维修性可以被好的维修补偿掉(但有一定限度)
-好的可维修性可以被差的维修所毁掉
-内装式零件的好的可维修性可以被差的系统集成所毁掉
页脚内容22
5. 可维修性的验证
5.1 Sample analysis样本分析
5.2 Test Restoration恢复测试
可从FMEA分析中的故障里随即选取一些做试验.
页脚内容23
安全性Safety
1.定义(IEC 50 126)
Freedom from unacceptable risk. 安全性指的是免于不可接受的风险.
风险: 故障后果的严重性和故障发生概率的组合.
Combination of the severity of a failure consequence and the probability of occurrence of the failure.
2.风险水平
根据有害事件发生的严重性和其频率, 风险的水平可以分为: (IEC 50 126)
-不可接受的Unacceptable
-不希望的Undesirable
-可忍受的Tolerable
-可忽略的Negligible
页脚内容24
有害事件发生的频率风险水平
有害事件发生的严重度
低---------------------------------------------------------高
风险会与下列因素相关:
-乘客
-运行和管理人员
-铁路系统之外的人员(行人, 汽车司机)
页脚内容25
-维修人员
-环境
-铁路系统或子系统本身
最基本的安全特性:
-出轨
-刹车和牵引力的控制
-门的控制
-结构损坏
-碰撞(同其它车辆或铁路系统之外的东西)
-防火
-触电
安全性不仅是一个技术问题, 也是一个运行和维修的安全程序问题. 实际上, 大部分安全问题是由于人员的错误或失误引起的.
铁路系统的安全性目标是聚焦在事故预防(Error proof), 而不是减轻事故的后果.
页脚内容26
3. 安全性的量测
有害故障率(Hazarduous Failure Rate)
页脚内容27
预防性和纠正性维修
Preventive & Corrective Maintenance
1.定义(IEC50)
维修: 所有技术性和行政性措施的组合, 包括管理措施, 其目的是维持部件在或将其恢复到能够履行要求的功能的状态.
纠正性维修: 故障之后所实施的维修, 目的是将部件恢复到其能履行要求的功能的状态.
预防性维修: 按照预先确定的间隔或根据预先定义的准则实施维修, 其目的是降低故障发生或部件功能降低的概率.
2. 按照VOV6.7的维修流程图
页脚内容28
3.维修的量测
页脚内容29
维修费用. 可以有多种形式:
-每车每年的维修成本
-每车每km的维修成本
-每座每km的维修成本
维修费用可分为人员成本(或man.hours)和设备成本. 维修成本是LCC的重要组成部分.
注意: 维修费用在不同的运行年份可能是不同的, 如大修年份预防性维修费用可能很高; 对老的车辆的纠正性维修成本可能要远高于初始高峰故障已经过去的车辆.
4. 纠正性维修成本(CM Cost)的计算
是LCC分析中的重要部分.
一般, 两阶段维修模型在LCC分析中被用于计算CM Cost:
1)故障元件被从储存在仓库里的好的备件替换掉, 以便使车辆可以尽快地工作.
2)可修理的元件(LRU)将在修理工场(CWS)中被修理; 对于不可修理的LRU, 损坏的将被处置掉, 同时备件库中增加一个LRU.
页脚内容30
因此, 对于可修理的LRU, 有两部分进入CM Cost:
-更换有缺陷的LRU的人工成本(可维修性, 主动维修时间的成本)
-在修理工场修好有缺陷的LRU的成本.
对于不可修理的LRU, 下面两部分进入CM Cost:
-更换有缺陷的LRU的人工成本(可维修性, 主动维修时间的成本)
-新的备件的成本(适用时, 还包括处置有缺陷的LRU的成本).
在LCC模型中, 每个LRU的CM Cost可以用下式计算:
CMcost = 故障率*(更换时间*单位时间人工成本+ 在修理工场修理的成本包括人员成本和材料费用)这里: 故障率: 故障次数/百万km,
更换时间: Man.hours,
单位时间人工成本: 元/h,
在修理工场修理的成本指的是
-对于不可修理的LRU, 新的LRU的价格;
-对于可修理的LRU, 修好有缺陷的LRU的价格.
因此一个LRU每年的CM Cost为:
页脚内容31
CMcost,yearly = CMcost * 车辆每年的运行距离(百万km)
页脚内容32
例题:
1.不可修理的LRU. 故障率= 4 / 百万km; 更换时间: 0.75h, 2个人; 单位时间人工成本: 50元/h; 新的LRU的价格: 480元/个; 车辆每年运行的距离: 0.08 百万km/年. 计算: 该LRU每年的纠正性维修成本(CM Cost).
2. 可修理的LRU. 故障率= 2.5 / 百万km; 更换时间: 1.5h, 1个人; 单位时间人工成本: 50元/h; 新的LRU 的价格: 2500元/个; 修理费用:估计为新部件价格的15%; 车辆每年运行的距离: 0.3 百万km/年. 计算: 该LRU每年的纠正性维修成本(CM Cost).
页脚内容33
答案:
1. CMcost,yearly = 4*(2*0.75*50 + 480) *0.08 = 177.6元/年.
2. CMcost,yearly = 2.5*(1.5*50 + 2500*15%) *0.3 = 337.5元/年.
注意: 维修的成本是很难准确确定的. 因为故障的类型是很多的, 尤其是在投标阶段, 很难准确了解故障类型, 修理时间. 相对来说, 更换时间可以比较准确地确定. 因此, 纠正性维修成本只能是粗略的.
纠正性维修成本要在实际的运营中加以确认.
页脚内容34
预防性维修成本(PM Cost)的计算
相对来说, 预防性维修成本的计算要简单一些. 它是基于时间间隔或行程间隔而安排的维修活动. 如: -周维修
-季度维修
-年度维修
-每5年一次的大修
-每15年一次的大修
一般来说, 更长时间间隔的维修项目包括了小一些时间间隔的维修项目.
平衡性维修Balanced maintenance: 指的是某个维修活动被分为几个小的部分, 每个部分在车辆不太繁忙时被实施.
状态维修Condition-based maintenance(CBM): 指的是维修活动根据磨损的准则来实施. 以此维修策略制订出的预防性维修将更为经济.
以可靠性为中心的维修Reliability-centred maintenance(RCM): 它是一种通过成本/性能的比较分析为基础
页脚内容35
的优化的成本有效性维修系统的技术. 譬如比较一个维修活动的成本和无此维修时导致的故障的成本, 从而决定维修的策略.
RCM包括了功能分解, FMECA(Failure Mode Critical Effect Analysis, 故障模式关键影响分析)和决定树, 考虑了不同被选因素的相对重要性, 如安全, 故障类别, 有效性, 与CM相比较的PM的成本和CBM的有效性.
页脚内容36
例题
车辆转向架的季度维修项目如下: (每30 Tkm)
单位时间人工成本: 50元/h.
计算: 一个转向架每年的预防性维修成本(PM Cost).
页脚内容37
答案:
每季度每个预防性维修项目的成本:
目视检查地刷的成本: 0.25*1*50*2=25元
润滑轮轴承的成本: (0.15*1*50+2)*4=38元
目视检查刹车块的成本: 0.1*1*50*4=20元
因此, PMcost, yearly = (25 + 38 +20)*4 = 332元.
页脚内容38
LCC分析用于设计比较的例子
比较两种不同设计方案的LCC.
第一种方案: 现有的已在运行的情况. 部件由LRU A(1个), LRU B(2个), LRU C(2个), LRU D(1个), LRU E(3个)插接在一起组成. 各种LRU的故障率, 价格见表1. 这些LRU均是可修复的, 其修复成本均为新的备件的价格的20%.
表1:
第二种方案: 由于SMD技术的发展, 可以将这些LRU集成成一个LRU X. 据粗略估计, LRU X的价格约为6000元, 故障率大约为20次/(10**6h). LRU X也是可修复的, 其修复成本初步估计为新的备件的5%.
请比较这两种方案的LCC(仅考虑购置成本和CM成本), 以判定新方案(第二种)是否应该研发.
部件的整个生命周期在50km/h时为10百万km行程. 各种LRU(A, B, C, D, E, X)的平均故障修复时间均为0.5h, 1人. 单位时间人工成本为30元/h.
页脚内容39
第三种情况: 现在新的方案研发出来了, 并在实际中得到了运用. 虽然价格保持在了原来的目标(6000元), 但实际运行表明, 其故障率和故障修复成本均比预计的要高, 分别达到30次/(10**6h)和新备件价格的8%(即实际的可靠性指标和可维修性指标未能达到预期的水平). 请计算实际研发出来的LRU X的LCC.
页脚内容40
答案:
在整个生命周期里的总的运行时间: 10*10**6 / 50 = 0.2* 10**6 h
每次更换故障的LRU的成本: 0.5*1*30 = 15元
第一种情况:
CMcost, life cycle, LRU A = 故障率*总的运行时间*(每次更换故障LRU的成本+ 每次修好故障的LRU的成本) *部件中LRU A的数目= 6 * 0.2 * (15 + 2500*20%) * 1= 618元.
CMcost, life cycle, LRU B = 4.5 * 0.2 * (15 + 750*20%) * 2= 297元.
CMcost, life cycle, LRU C = 3 * 0.2 * (15 + 300*20%) * 2= 90元.
CMcost, life cycle, LRU D = 5 * 0.2 * (15 + 900*20%) * 1= 195元.
CMcost, life cycle, LRU E = 4 * 0.2 * (15 + 550*20%) * 3= 300元.
CMcost, life cycle,整个部件= CMcost, life cycle, LRU A + CMcost, life cycle, LRU B + CMcost, life cycle, LRU C + CMcost, life cycle, LRU D + CMcost, life cycle, LRU E = 618 + 297 + 90 + 195 + 300 =1500元.
部件的购置成本=2500*1 + 750*2 + 300*2 + 900*1 + 550*3 = 7150元
页脚内容41
整个部件的LCC = 7150 + 1500 = 8650 元.
第二种情况:
整个部件的LCC = 6000*1 + 20*0.2*(15 + 6000*5%)*1 = 6000 + 1260 = 7260 元< 8650元(第一种方案的LCC)因此, 应该研制新的方案.
第三种情况:
整个部件的LCC = 6000*1 + 30*0.2*(15 + 6000*8%)*1 = 6000 + 2970 = 8970 元> 8650元(第一种方案的LCC) > 7260元(新研制方案预估的LCC)
为了准确预测故障情况, 应当使用FMEA或FTA(Fault Tree Analysis,故障树分析)分析, 以尽量降低风险. (在这个例子中是可靠性和可维修性风险).
页脚内容42
问题讨论:
LCC方法的局限性有哪些?
页脚内容43
RAMS和LCC工作程序
1. 作用
RAMS/LCC过程的作用有三个:
1) 研究故障的后果以及它们对用在风险评估中有害和其它不希望事件的影响, 以确定减少风险的措施;
2) 以我们产品的可靠性性能和可维修性性能为基础计算在确定的产品生命周期内维修(纠正性维修和预防性维修)的成本.
3) 用来检查在这个领域客户的要求是否被满足, 以及用于确认要求的/同意的可靠性数值, 修复时间和维修成本.
2. 过程
页脚内容44
页脚内容45
页脚内容46
页脚内容47
页脚内容48
页脚内容49
3. 定义和公式(略)
4. 变更
EHD负责设计和验证/确认过程的变更对RAMS/LCC的影响将被检查, 并就下列方面进行评估: -针对内部和外部危害的防护
机械进入
电气进入
过热
过压
火和烟
环境损害
-故障识别
指示
故障信息
-功能部件的变更
页脚内容50。