1 引言

    RCM是國(guó)際上復(fù)雜工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用的維修優(yōu)化和管理方法之一。然而，目前在全世界對(duì)RCM經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)估，一般僅僅局限于直接的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，計(jì)算原來不需要的預(yù)防性維修項(xiàng)目所節(jié)約的維修費(fèi)用，這存在著一定片面性。因?yàn)镽CM分析的主要目的是提高復(fù)雜工業(yè)設(shè)備的可靠性，而不是降低維修成本。在RCM經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估中，取消項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益是次要的，主要的經(jīng)濟(jì)效益是通過維修優(yōu)化，設(shè)備可靠性方面得到了提高，并帶來了經(jīng)濟(jì)效益。

    在實(shí)際RCM效益評(píng)估過程中，主要難點(diǎn)在于：

    (1)設(shè)備增加的維修優(yōu)化項(xiàng)目主要用于預(yù)防以前沒有考慮到的故障模式，而該故障模式的發(fā)生概率，比較難于確定。

    (2)對(duì)于設(shè)備隱蔽性故障，則需考慮多重故障發(fā)生的概率，更加難以確定。

    (3)傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)評(píng)估方法，計(jì)算的工作量非常大，在核電站推廣應(yīng)用比較困難，且沒有現(xiàn)實(shí)意義。

    復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)設(shè)備可靠性的提高和維修成本的降低一般都可以用經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來量化，我們認(rèn)為可以通過評(píng)估RCM維修優(yōu)化后在設(shè)備可靠性方面的提高、維修成本方面的降低所取得的經(jīng)濟(jì)效益，來評(píng)估維修優(yōu)化的業(yè)績(jī)。

2 RCM經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估內(nèi)容和分類

    RCM分析后，最明顯的變化是，取消了沒有必要的定期預(yù)防性維修工作，而增加一些必要的，用于提高設(shè)備可靠性的預(yù)防性維修工作，從而降低了維修成本。我們可以將經(jīng)濟(jì)效益做如下分類：

    2.1 取消項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益

    首先，在RCM分析后，取消了原來不需要的定期預(yù)防性維修項(xiàng)目。取消項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益包括人工費(fèi)用和備件費(fèi)用。這取消的維修項(xiàng)目有兩類，可分為完全取消和延長(zhǎng)維修周期兩部分。

    例如，在大亞灣核電站，RCM分析后基本上取消了原來水泵/電動(dòng)機(jī)的定期解體維修，改為狀態(tài)監(jiān)測(cè)，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)異常時(shí)，再進(jìn)行維修。該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益為取消水彩電動(dòng)機(jī)的定期解體維修所節(jié)約的人工費(fèi)用和備件費(fèi)用。RCM分析后，將原來常規(guī)島氣動(dòng)閥隔膜更換和閥體檢查周期，由原來的5年延長(zhǎng)到10年，該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益為延長(zhǎng)閥隔膜更換和閥體檢查周期延長(zhǎng)所節(jié)約的人工費(fèi)用和備件費(fèi)用。

    2.2 增加項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益

    RCM分析后新增維修項(xiàng)目預(yù)防了原來沒有預(yù)防的故障模式，降低了該故障模式發(fā)生后出現(xiàn)后果的概率，提高了設(shè)備可靠性，即增加項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。由于所預(yù)防的故障模式可以細(xì)分為顯性和隱蔽性，為便于分析和研究，將增加項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益分為增加項(xiàng)目的顯性經(jīng)濟(jì)效益和增加項(xiàng)目的隱性經(jīng)濟(jì)效益。

    例如，循環(huán)水系統(tǒng)RCM分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)如果水泥管道出現(xiàn)裂紋，滲水長(zhǎng)期發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致管道坍塌，會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)數(shù)月；于是增加了對(duì)循環(huán)水出口水泥管道進(jìn)行檢查的任務(wù)，該項(xiàng)任務(wù)帶來的效益就是增加項(xiàng)目的顯性經(jīng)濟(jì)效益。

    對(duì)于增加項(xiàng)目的隱性經(jīng)濟(jì)效益，由于隱性故障模式的單獨(dú)發(fā)生，不會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生，也不能被發(fā)現(xiàn)，但增加了多重故障發(fā)生的概率；只有當(dāng)初始事件發(fā)生后，才導(dǎo)致多重故障發(fā)生。因此，增加項(xiàng)目的隱性經(jīng)濟(jì)性效益，即預(yù)防了多重故障發(fā)生所取得的效益，這也是核電站領(lǐng)域最重要的RCM效益。

    在大亞灣核電站的RCM實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)了一些重要的沒有被管理的隱蔽性故障模式。如常規(guī)島冷卻水系統(tǒng)RCM分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)水箱有高水位報(bào)警功能，但從來沒有檢查過。高水位報(bào)警功能失效本身不會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生，但當(dāng)出現(xiàn)水箱異常進(jìn)水(如水箱補(bǔ)水閥補(bǔ)水后卡死在開的位置時(shí))的情況下，如果報(bào)警失效，主控室操縱員不知道，不能及時(shí)處理，水會(huì)從溢流管流到其它設(shè)備上有可能造成停機(jī)。

    RCM分析后，就增加了水箱水位報(bào)警檢查，以便預(yù)防多重故障的發(fā)生。

    綜上所述，RCM經(jīng)濟(jì)效益可分三類：

    ——取消項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益；

    ——增加項(xiàng)目的顯性經(jīng)濟(jì)效益；

    ——增加項(xiàng)目的隱性經(jīng)濟(jì)效益。

3 取消項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型

    3.1 計(jì)算方法

    取消項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益也就是即RCM分析后由于取消或延長(zhǎng)了原來預(yù)防性維修項(xiàng)目所節(jié)約的維修費(fèi)用(人工和備件費(fèi)用)。

    RCM分析后，取消維修項(xiàng)目所節(jié)約維修費(fèi)用的相對(duì)值尺為

    R=(T/t_b-T/t_a)/(T/t_b)   (1)

    =(1-t_b/t_a)·100％

    式中：T電站運(yùn)行壽命；

    t_b——RCM分析前的該項(xiàng)目維修周期；

    t_a——RCM分析后的該項(xiàng)目維修周期。

    特別地，當(dāng)該項(xiàng)目被完全取消時(shí)，可以認(rèn)為t_a=∞。那么R=100％

    在電站壽命期內(nèi)，RCM分析后項(xiàng)目取消共節(jié)約維修費(fèi)用的絕對(duì)值M為

    M=N·C·(T/t_b-T/t_a)

    =N·C·T·(1/t_b-1/t_a)

    式中：N——該類設(shè)備數(shù)；

    C——該設(shè)備1次預(yù)防性維修費(fèi)用。

    相應(yīng)地，對(duì)于完全取消項(xiàng)目，可以認(rèn)為t_a=∞。那么：

    M=N·C·T/t_b (3)

    3.2 實(shí)例分析

    3.2.1 完全取消項(xiàng)目實(shí)例

    在大亞灣核電站，安裝有6臺(tái)凝結(jié)水泵，RCM分析前，該泵每3年解體檢查一次，RCM分析后取消了該項(xiàng)工作。解體維修人工費(fèi)用約40000元人民幣，備品備件費(fèi)用為180000元人民幣。

    據(jù)公式(3)，RCM分析后取消每3年解體檢查泵所取得的經(jīng)濟(jì)效益為2640萬元。

    3.2.2 周期延長(zhǎng)項(xiàng)目實(shí)例

    在大亞灣核電站常規(guī)島冷卻水系統(tǒng)，安裝有10臺(tái)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)冷卻水流量。RCM分析前，該閥門每5年進(jìn)行全面解體檢查，更換隔膜。RCM分析后，將解體檢查周期延長(zhǎng)到10年。解體檢查閥門人工費(fèi)用：約5500元人民幣，備品備件費(fèi)用約為4500元人民幣。

    據(jù)公式(2)，RCM分析后閥門周期從5年延長(zhǎng)到10年所取得的經(jīng)濟(jì)效益為60萬元。

    與分析前相比，據(jù)公式(1)，R=50％。

    即與分析前相比，維修費(fèi)用節(jié)約了50％，共計(jì)節(jié)約人民幣60萬元。

4 增加項(xiàng)目顯性的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型

    RCM分析后新增維修項(xiàng)目預(yù)防了原來沒有預(yù)防的故障模式，如果該故障模式是顯性，那么該效益就是增加項(xiàng)目的顯性經(jīng)濟(jì)性效益。

    4.1 計(jì)算方法

    根據(jù)定義，增加項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益M為

    M=E·P·T (4)

    式中：E——該故障模式發(fā)生后所產(chǎn)生的后果；

    P——故障模式發(fā)生的概率；

    T——電站運(yùn)行壽命。

    E和T的含義比較清楚，也比較容易計(jì)算。下面討論如何計(jì)算故障模式發(fā)生的概率。經(jīng)研究，有兩種方式來確定故障模式發(fā)生的頻率P。

    (1)確定論方法

    如果在核電站中運(yùn)行期間，已經(jīng)出現(xiàn)過該故障模式的潛在故障，或者類似的設(shè)備出現(xiàn)過該故障，建議保守地認(rèn)為在電站運(yùn)行期間，會(huì)出現(xiàn)1次該故障模式。即：P=1/T。

    另外，由于該故障模式的后果比較嚴(yán)重，發(fā)生后一般都會(huì)采取糾正措施。因此，我們假設(shè)在電站運(yùn)行期間故障最多發(fā)生1次。

    例如，循環(huán)水系統(tǒng)RCM分析后，增加了對(duì)凝氣器出口水泥管道進(jìn)行檢查的任務(wù)。在檢查中發(fā)現(xiàn)該管道多處出現(xiàn)缺陷，因此可以認(rèn)為在電站運(yùn)行期間，會(huì)出現(xiàn)一次該故障模式。又如，壓縮空氣系統(tǒng)氣動(dòng)隔離閥067VA的隔膜壽命一般是10—15年，會(huì)老化破裂。同樣，也認(rèn)為在電站運(yùn)行期間，會(huì)出現(xiàn)1次該隔膜破裂故障。

    (2)概率方法

    如果不能用確定論的方法來確認(rèn)故障模式發(fā)生的概率，那么建議用概率數(shù)據(jù)來確定該故障模式發(fā)生的概率。隨著PSA技術(shù)在核電站中的廣泛應(yīng)用，目前各國(guó)都對(duì)設(shè)備失效數(shù)據(jù)進(jìn)行了廣泛研究，并得到了很多設(shè)備失效數(shù)據(jù)報(bào)告。

    4.2 實(shí)例分析

    循環(huán)水系統(tǒng)RCM分析后，增加了對(duì)凝氣器出口水泥管道進(jìn)行檢查的任務(wù)。在大亞灣核電站第八次換料大修中，對(duì)凝氣器出口管道進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)該管道多處出現(xiàn)缺陷，該缺陷是管道故障的潛在故障點(diǎn)。因此，P=1/T。

    該故障模式出現(xiàn)后，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)3個(gè)月。

    大亞灣核電站每臺(tái)機(jī)組停機(jī)1小時(shí)損失530000人民幣。

    據(jù)公式(4)，增加該項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益為11億元人民幣。

5 增加項(xiàng)目的隱性經(jīng)濟(jì)性效益評(píng)估模型

    RCM分析后新增維修項(xiàng)目預(yù)防了原來沒有預(yù)防的故障模式，如果所要預(yù)防的故障模式是隱性故障，那么該效益就是增加項(xiàng)目的隱性經(jīng)濟(jì)性效益。由于隱性故障模式的單獨(dú)發(fā)生，不會(huì)導(dǎo)致事故發(fā)生，只是沒有被發(fā)現(xiàn)，但增加了多重故障發(fā)生的概率；只有當(dāng)初始事件發(fā)生后，才導(dǎo)致多重故障發(fā)生。因此，增加項(xiàng)目的隱性經(jīng)濟(jì)性效益就是預(yù)防了多重故障發(fā)生，所取得的效益。這也是核電站領(lǐng)域最重要的RCM效益。

    5.1 計(jì)算公式

    根據(jù)定義，增加項(xiàng)目的隱陛經(jīng)濟(jì)性效益M為：M=E·P_M·T。

    根據(jù)多重故障的定義，P_M為：P_M=P_TED·P_TIVE。

    由此可得，隱性經(jīng)濟(jì)性效益計(jì)算公式為

    M=E·T·P_TED·U_TIVE   (5)

    式中：E——多重故障發(fā)生的后果；

    T——電站運(yùn)行壽期；

    P_TED——初始事件發(fā)生的概率，在RCM也稱為被保護(hù)(Protected)事件發(fā)生的概率；

    U_TIVE——保護(hù)設(shè)備不可用度，也就是衡量隱蔽性故障發(fā)生后，導(dǎo)致設(shè)備不可用的大小；

    P_M——多重故障發(fā)生的概率。

    公式E、T比較容易計(jì)算，下面具體介紹如何計(jì)算P_TED、U_TIVE。

    5.1.1 P_TED的計(jì)算方法

    經(jīng)綜合研究、考察，有兩種方式可以確定P_TED。

    (1)利用電站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

    如果在核電站中已經(jīng)出現(xiàn)過該故障模式，建議采用該方法。

    根據(jù)定義，被保護(hù)事件發(fā)生概率為

    式中：M_TED——被保護(hù)設(shè)備平均故障時(shí)間，為同類設(shè)備故障前運(yùn)行時(shí)間的平均值；

    N——某類設(shè)備數(shù)；

    t——統(tǒng)計(jì)期間該設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間；

    n——統(tǒng)計(jì)期間該設(shè)備的故障次數(shù)。

    例如，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在大亞灣核電站常規(guī)島冷卻水系統(tǒng)共有同類型的浮子閥14個(gè)，在1998-2000的3年里，失效(內(nèi)漏)35次。因此，水箱自動(dòng)補(bǔ)水閥內(nèi)漏發(fā)生的頻率為0.83年。

    (2)利用概率數(shù)據(jù)

    如果在運(yùn)行期間沒有發(fā)現(xiàn)過該故障模式，那么建議用概率的數(shù)據(jù)來確定該故障模式發(fā)生的概率。例如在GEC(英國(guó)通用電氣公司)報(bào)告中，可以直接查到給水管道泄漏發(fā)生的概率：P_TED：0.1/年。

    5.1.2 U_TIVE的計(jì)算方法

    根據(jù)定義，U_TIVE即保護(hù)設(shè)備不可用度。經(jīng)研究，有兩種方法計(jì)算該U_TIVE。

    (1)電站統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

    根據(jù)定義，保護(hù)設(shè)備不可用度U_TIVE為

    式中：FI——定期試驗(yàn)時(shí)間，如果沒有試驗(yàn)，則認(rèn)為FFI為保護(hù)設(shè)備壽命，一般假定為電站剩余運(yùn)行時(shí)間。

    M_TIVE——保護(hù)設(shè)備平均故障時(shí)間。

    例如，在大亞灣核電站，據(jù)統(tǒng)計(jì)全廠共有1140個(gè)同類型浮子式液位開關(guān)，在2000年，共出現(xiàn)14次故障(不報(bào)警)。由于該液位開關(guān)從來沒有進(jìn)行過試驗(yàn)，因此取FFI=電站壽命=60年。因此，設(shè)備冷卻水系統(tǒng)水箱浮子式液位開關(guān)的U為0.3。

    (2)概率比例方法

    從公式 (7)

    U_TIVE=FFI/(2·M_TIVE)

    可以看出，由于保護(hù)設(shè)備的不可用度U與定期實(shí)驗(yàn)的周期相關(guān)，定期試驗(yàn)周期越短，U就越小。因此在報(bào)告中查到的U不能直接用到經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估計(jì)算中。例如，在大亞灣核電站PSA(Probabilistic Safety Assessment概率安全評(píng)估)報(bào)告中，查到水位開關(guān)U=2.6E-3，它對(duì)應(yīng)的定期實(shí)驗(yàn)周期是1年。而我們要計(jì)算的保護(hù)設(shè)備是沒有進(jìn)行過定期實(shí)驗(yàn)的設(shè)備，因此不能直接引用大亞灣核電站PSA報(bào)告中的U=2.6E-3。

    考慮到同類設(shè)備的可靠性相同，即平均故障時(shí)間MTBF相同。所以

    U_d1/U_d2=FFI₁/FFI₂

    U_d1=FFI₁·U_d2/FFI₂   (8)

    式中：FFI₁——計(jì)算的同類保護(hù)設(shè)備的定期實(shí)驗(yàn)周期；

    U_d1——計(jì)算的同類保護(hù)設(shè)備的不可用度；

    FFI₂——相關(guān)報(bào)告中查到保護(hù)設(shè)備的定期實(shí)驗(yàn)周期；

    U_d2——相關(guān)報(bào)告中查到保護(hù)設(shè)備的不可用度。

    特別地，如果該保護(hù)設(shè)備從來沒有進(jìn)行過定期試驗(yàn)，那么可以認(rèn)為FFI₁為電站壽命。

    例如：計(jì)算大亞灣常規(guī)島冷卻水系統(tǒng)水位開關(guān)D1/2SRI00I/002SN的U

    在大亞灣核電站報(bào)告中，查到水位開關(guān)U=2.6E-3，據(jù)公式(8)得到U_d1=0.15。

    和上面公式(7)計(jì)算結(jié)果U_TIVE=0.3數(shù)量級(jí)一致。

    5.2 實(shí)例分析

    常規(guī)島冷卻水系統(tǒng)RCM分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)水箱有高水位報(bào)警功能，但從來沒有檢查過。高水位報(bào)警功能失效本身不會(huì)導(dǎo)致事故的發(fā)生，但當(dāng)出現(xiàn)水箱異常進(jìn)水(如水箱補(bǔ)水閥補(bǔ)水后卡死在開的位置時(shí))的情況下，如果報(bào)警失效，主控室操縱員不知道，不能及時(shí)處理，水會(huì)從溢流管流到其它設(shè)備上有可能造成停機(jī)。RCM分析后，就增加了水箱水位報(bào)警檢查，以便預(yù)防多重故障的發(fā)生。

    分析得知，P_TED是水箱水位異常高的概率，水箱水位升高，一般是由于水箱補(bǔ)水閥自動(dòng)補(bǔ)水后，不能關(guān)閉引起的。U_TIVE保護(hù)設(shè)備是水箱水位高時(shí)報(bào)警。故障后果是當(dāng)水箱補(bǔ)水閥卡死在開的位置時(shí)，主控室操縱員不知道，不能及時(shí)處理，水會(huì)從溢流管流到其它設(shè)備上有可能造成停機(jī)。導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)的可能性是1/10，如果機(jī)組停運(yùn)，需停運(yùn)24小時(shí)，每小時(shí)損失530000元人民幣。

    據(jù)公式(5)～(7)可得：

    M=2300萬元人民幣

6 兩種計(jì)算方法的比較

    在以上計(jì)算過程中，關(guān)于顯性故障模式發(fā)生的概率P，初始發(fā)生的概率P_TED，保護(hù)設(shè)備不可用度U，都給出了兩種計(jì)算方法。

    一般來說，第一種方法來源于本電廠同類型設(shè)備實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此比較真實(shí)、可靠，但如果樣本太小，可能會(huì)導(dǎo)致該數(shù)據(jù)失真，另外計(jì)算量也較大。

    第二種方法是來源于相關(guān)的失效數(shù)據(jù)報(bào)告，因此比較有代表性，而且計(jì)算比較方便，但可能和實(shí)際情況有一定的差異。

    在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，如果電廠運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)，而且積累了一些失效數(shù)據(jù)，建議采用第一種方法；否則，采用第二種方法。

7 結(jié)論

    目前，國(guó)內(nèi)在運(yùn)用維修優(yōu)化管理，尤其是實(shí)施RCM分析過程中，由于需要相當(dāng)?shù)耐度�，且沒有一個(gè)完整、簡(jiǎn)潔方法評(píng)估所取得的效益，常遇到很多困難。經(jīng)過多方考察，收集大量數(shù)據(jù)，結(jié)合大亞灣核電站具體應(yīng)用結(jié)果，作者提出了評(píng)估模型，完善了維修優(yōu)化管理體系。RCM經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型是首次系統(tǒng)、全面、簡(jiǎn)單、有效評(píng)估核電站維修優(yōu)化成果的方法；必將促使RCM分析方法在國(guó)內(nèi)電力行業(yè)應(yīng)用，為電力行業(yè)提高設(shè)備可靠性、降低運(yùn)行維修成本做出貢獻(xiàn)。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：以可靠性為中心的維修的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型

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