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“數(shù)字化雙胞胎”之產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字雙胞胎（一）-基于MADe的產(chǎn)品RAMS設(shè)計(jì)

2021-03-10 21:53:38·  來源：Simcenter 1D 系統(tǒng)仿真  作者：蔣愛華  
　
摘要：產(chǎn)品的RAMS設(shè)計(jì)與分析是提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路，是企業(yè)的管理決策系統(tǒng)的組成部分?，F(xiàn)階段RAMS主要采用專家組評(píng)審并基于表格的方式進(jìn)行實(shí)施，工業(yè)數(shù)字化階段RAMS遭遇系統(tǒng)復(fù)雜性增加、分布式設(shè)計(jì)與國(guó)際化、減少成本與認(rèn)證周期、有效產(chǎn)品維護(hù)等方面的挑
摘要：產(chǎn)品的RAMS設(shè)計(jì)與分析是提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路，是企業(yè)的管理決策系統(tǒng)的組成部分?，F(xiàn)階段RAMS主要采用專家組評(píng)審并基于表格的方式進(jìn)行實(shí)施，工業(yè)數(shù)字化階段RAMS遭遇系統(tǒng)復(fù)雜性增加、分布式設(shè)計(jì)與國(guó)際化、減少成本與認(rèn)證周期、有效產(chǎn)品維護(hù)等方面的挑戰(zhàn)；現(xiàn)有RAMS工具具有主觀因素影響、數(shù)據(jù)可用性有限等缺陷?；谀Ｐ偷南到y(tǒng)工程工具M(jìn)ADe建立了RAMS的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字雙胞胎，功能包括基于功能分析方法的模型建立、安全與風(fēng)險(xiǎn)分析、可靠性、可用性與可維護(hù)性分析、產(chǎn)品的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)與健康的管理；具有在產(chǎn)品生命周期的每個(gè)階段確保RAMS的實(shí)施、整合功能規(guī)范和供應(yīng)鏈、集成PLM與數(shù)字孿生、更完整的FMEA分析等優(yōu)勢(shì)；復(fù)雜裝備與軍工領(lǐng)域具有多個(gè)用戶。
 
1前言
 
1.1初識(shí)RAMS
 
每個(gè)有燃油汽車的人幾乎都有“汽車每5千公里需要小保養(yǎng)，每2萬公里就要大保養(yǎng)”的常識(shí)，但為什么汽車要5千公里、2萬公里就進(jìn)行保養(yǎng)，新品類電動(dòng)汽車保養(yǎng)是否也采用同樣的保養(yǎng)方式，類似的交通工具如飛機(jī)、船舶、火車是應(yīng)該怎么保養(yǎng)與安全使用方式，工業(yè)中核電站裝備、航空發(fā)動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)、機(jī)床、大型醫(yī)療器械等是應(yīng)該怎么保養(yǎng)與安全使用方式等問題絕大多數(shù)人就應(yīng)該不知道了。

以上問題實(shí)際上是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就需要嚴(yán)格考慮的技術(shù)問題，對(duì)應(yīng)的技術(shù)名詞叫做RAMS設(shè)計(jì)與分析。RAMS即可靠性(Reliability)、可用性(Availability)、維修性(Maintainability，含測(cè)試性Testability)、安全性(Safety)的縮寫，橫跨工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段、產(chǎn)品驗(yàn)證階段、產(chǎn)品批量化制造與工作維護(hù)階段的技術(shù)問題；關(guān)心RAMS設(shè)計(jì)與分析的工業(yè)領(lǐng)域機(jī)構(gòu)也都是大家耳熟能詳工程領(lǐng)域的行業(yè)巨頭機(jī)構(gòu)，例如國(guó)際系統(tǒng)安全學(xué)會(huì)、可靠性工程學(xué)會(huì)、工業(yè)與系統(tǒng)工程師學(xué)會(huì)、電氣與電子工程師協(xié)會(huì)等等。
圖 RAMS領(lǐng)域國(guó)際領(lǐng)導(dǎo)工程機(jī)構(gòu)
RAMS是提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路，流程上RAMS貫穿產(chǎn)品生命周期全過程，具體工作包括設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)和管理四個(gè)方面，缺一不可；RAMS應(yīng)當(dāng)與產(chǎn)品研發(fā)各階段同步進(jìn)行，并落實(shí)到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝、制造和使用維護(hù)中去。

RAMS是企業(yè)的管理決策系統(tǒng)的組成部分，涉及到的人員除了各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)外，還需要全體工程技術(shù)人員來貫徹實(shí)施，包括設(shè)計(jì)工程師、可靠性工程師、維護(hù)工程師、測(cè)試診斷工程師等，必要的時(shí)候RAMS工作還需要延伸到各級(jí)供應(yīng)商。

國(guó)內(nèi)軍工體系與重大裝備產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與RAMS相對(duì)應(yīng)的有GJB9001B國(guó)軍標(biāo)六性設(shè)計(jì)，具體包括可靠性、安全性、維修性、可測(cè)性、保障性、環(huán)境適應(yīng)性。GJB9001B國(guó)軍標(biāo)六性設(shè)計(jì)也是基于國(guó)際協(xié)會(huì)擬定的方向，基于自己的裝備與系統(tǒng)提出并逐步形成；二者雖然名稱與內(nèi)容上有一定差別，但是關(guān)注的具體方向基本上是一致的。

1.2現(xiàn)階段RAMS的實(shí)施方式
現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)的RAMS設(shè)計(jì)與分析仍然是以滿足法規(guī)而做的分析，部分認(rèn)識(shí)到RAMS技術(shù)對(duì)企業(yè)發(fā)展重要性的企業(yè)，通常情況下具體的實(shí)施方式如下：
1)   在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段形成專家組，基于專家組的經(jīng)驗(yàn)與前期同類產(chǎn)品研發(fā)、制造與用戶使用過程整個(gè)生命全周期出現(xiàn)的故障與解決方案等進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)與分析的評(píng)審；（國(guó)際上各大成熟工業(yè)產(chǎn)品均具有自己整個(gè)生命全周期中故障與解決方案不斷更新的數(shù)據(jù)庫(kù)，例如 Ford 汽車基于其產(chǎn)品的長(zhǎng)期開發(fā)迭代形成的 RAMS 數(shù)據(jù)庫(kù)就是汽車領(lǐng)域領(lǐng)域最大的數(shù)據(jù)庫(kù)之一）
2)基于評(píng)審中的信息與解決方案確定RAMS各主要問題設(shè)計(jì)、制造與產(chǎn)品維護(hù)過程中的應(yīng)對(duì)方法，可以形成DFEAM、PFEAM、FMEAC等跟蹤文檔，基于跟蹤文檔的技術(shù)實(shí)施，保證產(chǎn)品的RAMS性能；此次評(píng)審中未提及或未預(yù)見的技術(shù)問題如果在產(chǎn)品研發(fā)、制造、使用生命全周期出現(xiàn)，則可能需要通過下一輪的產(chǎn)品迭代進(jìn)行解決，如果所出現(xiàn)的技術(shù)問題嚴(yán)重危害安全性、可靠性則需要立即成立專家組進(jìn)行補(bǔ)救解決；
  
圖 研發(fā)與生產(chǎn)階段的失效分析評(píng)審文件
3)如果在產(chǎn)品研發(fā)、制造、使用生命全周期中出現(xiàn)了安全性、功能性等嚴(yán)重問題時(shí)，則產(chǎn)品的研發(fā)、制造都可能需要緊急停止，正在使用的產(chǎn)品也需要被召回進(jìn)行改進(jìn)；（大量的汽車、飛機(jī)召回事件，就是由于用戶使用過程中發(fā)現(xiàn)了很嚴(yán)重RAMS問題后的緊急補(bǔ)救措施，這些措施會(huì)帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)與企業(yè)信用損失。由此可見，全面嚴(yán)格的RAMS實(shí)施實(shí)際上是關(guān)系到企業(yè)生存重要保障；軍工領(lǐng)域的RAMS問題則可能會(huì)造成戰(zhàn)爭(zhēng)中裝備的失靈，并進(jìn)一步關(guān)系到軍事的成?。?br />
為了滿足產(chǎn)品RAMS的要求，安全性、可靠性要求較高的特殊工業(yè)產(chǎn)品，例如飛機(jī)則需要做大量的試驗(yàn)以確定產(chǎn)品的RAMS性能。例如對(duì)于商用飛機(jī)就有大量的FAA適航認(rèn)證要求；下圖即為FAA認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與飛機(jī)機(jī)身的適航認(rèn)證過程；火箭、衛(wèi)星等，也具有大量的RAMS試驗(yàn)確保其在空間中可靠運(yùn)行。

a) FAA適航認(rèn)證要求         b)機(jī)身適航認(rèn)證過程
c）西門子飛機(jī)適航認(rèn)證試驗(yàn)矩陣
圖 飛機(jī)的RAMS試驗(yàn)
a）航天領(lǐng)域RAMS性能相關(guān)試驗(yàn)

b）西門子航天領(lǐng)域試驗(yàn)矩陣圖
圖 航天RAMS試驗(yàn)
RAMS實(shí)施的關(guān)鍵步驟包括：數(shù)字化系統(tǒng)集成、安全與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證、可靠性與可用性的分析、操作與維護(hù)設(shè)計(jì)、智能監(jiān)控與評(píng)估、維修與維持費(fèi)用評(píng)估、知識(shí)的獲取與重用等；具體如下圖所示：

圖 RAMS實(shí)施關(guān)鍵步驟 
1.3 工業(yè)數(shù)字化階段RAMS的挑戰(zhàn)
工業(yè)的數(shù)字化無疑會(huì)為工業(yè)帶來突飛猛進(jìn)的變化，工業(yè)產(chǎn)品種類會(huì)更多，產(chǎn)品也會(huì)更加復(fù)雜，對(duì)RAMS的實(shí)施也就帶來了更多的挑戰(zhàn)。
1)系統(tǒng)復(fù)雜性帶來的挑戰(zhàn)：
RAMS專家組的經(jīng)驗(yàn)通常情況是前期設(shè)計(jì)中遇到的特殊情況解決方法，對(duì)于越來越復(fù)雜的工業(yè)產(chǎn)品，是無法囊括所有的RAMS技術(shù)問題的；
例如對(duì)于具有400萬個(gè)零件、供應(yīng)鏈涉及30個(gè)國(guó)家的波音380，就不可能僅憑借前期專家組開發(fā)機(jī)型的經(jīng)驗(yàn)來解決波音380的RAMS問題；
此外，整機(jī)專家組的經(jīng)驗(yàn)主要集中于整機(jī)級(jí)及其一級(jí)或二級(jí)子系統(tǒng)，對(duì)于更深層次的技術(shù)問題則無法透徹地進(jìn)行分析，這在子系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)是一個(gè)狀態(tài)，子系統(tǒng)集成到上一級(jí)系統(tǒng)后子系統(tǒng)特性發(fā)生變化的場(chǎng)景下尤為突出。
2)分布式設(shè)計(jì)與國(guó)際化帶來的挑戰(zhàn)：
現(xiàn)階段復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)跨躍多個(gè)部門與單位，甚至跨躍多個(gè)國(guó)家，復(fù)雜產(chǎn)品的供應(yīng)商來源于多個(gè)國(guó)家，例如商飛現(xiàn)階段航空發(fā)動(dòng)機(jī)來源于英國(guó)的羅羅，航電系統(tǒng)來與美國(guó)的霍尼韋爾，各個(gè)部件的集成與團(tuán)隊(duì)協(xié)作離不開遠(yuǎn)程分布式實(shí)施；
RAMS的實(shí)施離不開各個(gè)部門之間進(jìn)行交互與整合，分布式與國(guó)際化的狀態(tài)對(duì)RAMS實(shí)施的統(tǒng)一性、效率提出了更大的挑戰(zhàn)。
3)減少成本與認(rèn)證周期、有效產(chǎn)品維護(hù)的挑戰(zhàn)：
從上面RAMS的實(shí)施過程中我們可以看出，現(xiàn)有RAMS的實(shí)施系統(tǒng)存在無法完全覆蓋的技術(shù)盲點(diǎn)，主要原因是概念設(shè)計(jì)或產(chǎn)品定義階段由于專家組經(jīng)驗(yàn)的適用范圍無法覆蓋新產(chǎn)品的技術(shù)問題，對(duì)于一個(gè)全新的工業(yè)產(chǎn)品基于前期經(jīng)驗(yàn)的RAMS設(shè)計(jì)與分析無疑會(huì)帶來更多核心技術(shù)問題的遺漏；如下圖所述綠色線即為設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)缺陷各階段發(fā)生的統(tǒng)計(jì)結(jié)果；
圖 產(chǎn)品成本、失效原因、失效發(fā)現(xiàn)關(guān)系
 
而在產(chǎn)品樣機(jī)生產(chǎn)已經(jīng)完成，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)束并進(jìn)行產(chǎn)品的發(fā)布階段，由于前期設(shè)計(jì)引起的絕大多數(shù)缺陷才會(huì)被發(fā)現(xiàn)，而此時(shí)產(chǎn)品研發(fā)與試制的成本已經(jīng)產(chǎn)生，并且此階段一旦出現(xiàn)問題則無法避免校正所帶來的高昂成本與產(chǎn)品投產(chǎn)延遲。
對(duì)于飛機(jī)產(chǎn)業(yè)而言，統(tǒng)計(jì)表明按照傳統(tǒng)的RAMS進(jìn)行認(rèn)證所產(chǎn)生的費(fèi)用已經(jīng)比開發(fā)飛機(jī)的花費(fèi)更多，周期也更長(zhǎng)；例如波音787客機(jī)需要20個(gè)月的認(rèn)證過程，230多萬件零部件來自45家一級(jí)供應(yīng)商（30%來自國(guó)際供應(yīng)商）。
4)新型商業(yè)模式的挑戰(zhàn)
“基于性能的保障”（PBL）簽訂合同的商業(yè)模式在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)獲得了很好的應(yīng)用，例如羅羅與GE航空發(fā)動(dòng)機(jī)公司，均通過簽訂航空發(fā)動(dòng)機(jī)按照正常運(yùn)行的時(shí)間周期與其客戶簽訂合同的方式對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行售賣。
此外美國(guó)海軍自2004年起就采用“基于性能的保障”（PBL）的方式為美海軍“海鷹”直升機(jī)（MH-60）提供持續(xù)保障服務(wù)，與西科斯基和洛馬公司合資成立的“海事直升機(jī)保障公司”合作，對(duì)共530架直升機(jī)和約1700個(gè)零部件提供保障服務(wù)。
多于單件價(jià)值高，運(yùn)行可靠性高的工業(yè)產(chǎn)品，采取“基于性能的保障” （PBL）簽訂合同的模式已經(jīng)成為企業(yè)源源不斷發(fā)展的有效商業(yè)模式。 “ 基于性能的保障 ” （ PBL ）簽訂合同的模式中，采用有效地、成本更低的產(chǎn)品性能維護(hù)與方式則成為該商業(yè)模式成功實(shí)施的關(guān)鍵；這對(duì) RAMS 實(shí)施的應(yīng)用與推廣即是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。
2 基于模型的產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字雙胞胎
2.1產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字雙胞胎平臺(tái)MADe
自從西門子2017提出了數(shù)字化雙胞胎的概念后，隨著人們對(duì)數(shù)字化的理解，數(shù)字雙胞胎的分類與劃分也越來越詳細(xì)，現(xiàn)階段產(chǎn)品數(shù)字雙胞、生產(chǎn)數(shù)字雙胞（西門子收購(gòu)軟件整合后的綜合平臺(tái)是Opcenter）與性能數(shù)字雙胞胎（西門子收購(gòu)軟件整合后的綜合平臺(tái)是Simcenter）的分類方式已經(jīng)基本成為數(shù)字雙胞胎的共識(shí)。
圖 數(shù)字雙胞胎架構(gòu)
西門子的產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字雙胞胎是基于MADe軟件平臺(tái)建立模型進(jìn)行RAMS分析，MADe全稱為Maintenance Aware Design environment。MADe的分析過程遵循基于模型的系統(tǒng)工程方法（MBSE），基于MADe軟件平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)：
1)    對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)建模，基于系統(tǒng)模型對(duì)產(chǎn)品失效模式進(jìn)行仿真分析；
2)    基于系統(tǒng)模型對(duì)產(chǎn)品的安全與風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；
3)    基于系統(tǒng)模型對(duì)產(chǎn)品的可靠性、可用性與可維護(hù)性分析與設(shè)計(jì)；
4)    基于系統(tǒng)模型對(duì)產(chǎn)品的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)與健康的管理；
圖 MADe軟件平臺(tái)
 
圖 MADe風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字雙胞功能圖譜
 
MADe中RAMS設(shè)計(jì)與分析主要功能圖譜如上圖所示。
基于MADe對(duì)RAMS進(jìn)行的設(shè)計(jì)與分析更多地與性能數(shù)字雙胞的內(nèi)容相關(guān)，但與產(chǎn)品數(shù)字雙胞與生產(chǎn)數(shù)字雙胞臺(tái)又具有密切的聯(lián)系：
  • 與產(chǎn)品數(shù)字雙胞之間的關(guān)系：MADe中系統(tǒng)建模所使用的功能分析方法與產(chǎn)品數(shù)字雙胞胎是一一對(duì)應(yīng)的，在產(chǎn)品組成已經(jīng)知道的情況下，RAMS模型中的系統(tǒng)組成架構(gòu)來源于產(chǎn)品數(shù)字雙胞胎；
  • 與生產(chǎn)數(shù)字雙胞胎之間的關(guān)系：MADe平臺(tái)RAMS分析產(chǎn)生的FEMA等報(bào)表是可以與生產(chǎn)數(shù)字雙胞相對(duì)接的，是西門子OpcenterQuality模塊在產(chǎn)品研發(fā)階段的實(shí)施方式；
  • 與性能數(shù)字雙胞胎內(nèi)部各個(gè)模塊之間的關(guān)系：MADe的RAMS分析結(jié)果在產(chǎn)品的研發(fā)階段，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)試驗(yàn)仿真一體化研發(fā)過程中試驗(yàn)驗(yàn)證需求的提供方與規(guī)劃方，試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果的反饋則是RAMS體系中產(chǎn)品迭代知識(shí)獲取的重要來源。
圖 西門子設(shè)計(jì)試驗(yàn)仿真一體化架構(gòu)
此外，MADe還可以與西門子其他模塊形成綜合解決方案；例如與Teamcenter、Mendix、Simcenter等模塊綜合形成FRACAS（故障報(bào)告、分析及糾正措施系統(tǒng)），可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的質(zhì)量回溯閉環(huán)回路。具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：
  • 一致性的描述語言和分類故障/缺陷
  • 用運(yùn)行數(shù)據(jù)更新RAMS模型
  • 基于失效與缺陷的根本原因適當(dāng)優(yōu)化緩解風(fēng)險(xiǎn)（維護(hù)方式）
  • 監(jiān)控/衡量風(fēng)險(xiǎn)緩解工作的有效性
  • 根據(jù)運(yùn)營(yíng)結(jié)果不斷迭代上述流程
 圖 MADe形成的FRACAS 
FRACAS是華為等優(yōu)秀企業(yè)正在使用的體系。如下圖所示為華為的FRACAS進(jìn)行質(zhì)量回溯的流程。
圖 華為的FRACAS質(zhì)量回溯系統(tǒng)
 
MADe的具體實(shí)施從系統(tǒng)建模開始，過程與內(nèi)容如下所示。
  • 含有維護(hù)理念的設(shè)計(jì)模型（MADeModeling）：通過該模塊可以基于功能分析方法建立系統(tǒng)架構(gòu)模型（SystemModel）、功能模型（FunctionDiagram），定義產(chǎn)品的研發(fā)與運(yùn)行全生命周期過程（MissionProfile），定義產(chǎn)品運(yùn)行過程中的維護(hù)方式（MaintenanceActions）等；
  • 安全與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估（SRA）：基于所建立模型，通過失效注入（Failure Injection）的方式可以生成產(chǎn)品失效框圖（Failure Diagram），可以對(duì)保證整個(gè)產(chǎn)品正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析與確認(rèn)（Critical Analysis），可以分析各組成失效所帶來的危害程度（Function Hazard Analysis），并可以獲得模型中引起故障的可能原因，具有故障樹建立工具（Fault TreeBuilder）建立產(chǎn)品故障樹（FaultTree），可以形成失效模式庫(kù)（CommonModel Analysis）作為產(chǎn)品優(yōu)化迭代與新一輪產(chǎn)品設(shè)計(jì)參考；
  • 可靠性、可用性與可維護(hù)性的分析與設(shè)計(jì)（RAM）：基于所建立的模型，基于模糊認(rèn)知圖（Fuzzy Cognitive Map）的方法與鍵合圖（Bond Graph）的方法可對(duì)故障率進(jìn)行預(yù)測(cè)（Failure Rate Prediction）、可進(jìn)行馬爾可夫分析（Markov Analysis）、生成可靠性框圖（RBD）并進(jìn)行可靠性的分配（Reliabilityallocation），基于研發(fā)與運(yùn)行全生命周期過程（MissionProfile）對(duì)維護(hù)的費(fèi)用進(jìn)行估算（MaintenanceCost Estimates），從而選擇最優(yōu)的維護(hù)方式；可對(duì)可靠性性維護(hù)方式（RCM）方式進(jìn)行設(shè)計(jì)評(píng)估；
  • 故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）：對(duì)產(chǎn)品的狀態(tài)進(jìn)行維護(hù)（RCM）離不開對(duì)產(chǎn)品的狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)；故障預(yù)測(cè)與健康管理（PHM）就是通過在產(chǎn)品相應(yīng)的部件上布置對(duì)應(yīng)的傳感器進(jìn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與報(bào)警；可在PHM中的診斷分析模塊（Diagnostic Analyses）實(shí)現(xiàn)傳感器種類的選擇與設(shè)計(jì)（Automated Sensor Generation）與優(yōu)化；可以設(shè)計(jì)傳感器族（Sensor set）與布置的位置（Sensorallocation）；可設(shè)定診斷的準(zhǔn)則（DiagnosticSets），并對(duì)比不同傳感器布置方式的數(shù)量（Numberof Sensors）、成本（Costof Detection）、探測(cè)概率（ProbabilityDetection）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成最優(yōu)的監(jiān)測(cè)方式；
  • 報(bào)告的輸出（ReportWizard）：以上分析可以自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化的報(bào)告，例如FMEA（AIAG，F(xiàn)MEA 4th Ed.）、FMECA（MIL-STD-1629A）、FMECA Maintainability Information(MIL-STD-1629A)、Functional Hazard Assessment（SAE ARP4761）等35種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求格式的報(bào)告；輸出格式可以Pdf或Excel或CSV格式；便于用戶根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告調(diào)整成為自己獨(dú)特的報(bào)告格式。
后期將詳細(xì)介紹MADe中各個(gè)模塊的具體功能與應(yīng)用情況。
圖 MADe產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字雙胞實(shí)施過程
 
2.2 基于模型RAMS的優(yōu)勢(shì)
MADe是基于模型的RAMS分析，相對(duì)于傳統(tǒng)的RAMS分析方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
  • 當(dāng)前RAMS工具的局限包括：
  • 具有主觀因素影響，無法滿足日常復(fù)雜系統(tǒng)的需要；
  • 無法擴(kuò)展的手動(dòng)方法，編輯不會(huì)產(chǎn)生可量化的數(shù)據(jù)；
  • 缺乏集成，分析過程需要手動(dòng)完成；
  • 缺乏一致性，不同工程師的術(shù)語不同；
  • 缺乏配置管理，包括配置與設(shè)計(jì)參數(shù)；
  • 數(shù)據(jù)的可重用性有限，重復(fù)的工作而知識(shí)獲取有限；
  • 失效模式的遺漏；
  • 矩陣式流動(dòng)引起信息重復(fù)與混亂：設(shè)計(jì)工程師、可靠性工程師、維護(hù)工程師、測(cè)試診斷工程師之間的信息是矩陣式流動(dòng)，如下圖所示；
圖 傳統(tǒng)RAMS項(xiàng)目組成員信息架構(gòu)圖
 
基于模型RAMS分析的優(yōu)勢(shì)包括：
  • 在產(chǎn)品生命周期的每個(gè)階段確保RAMS的實(shí)施；
  • 可以整合功能規(guī)范和供應(yīng)鏈；
  • 可以集成PLM與數(shù)字孿生；
  • 可以自動(dòng)模擬系統(tǒng)的功能關(guān)系和相互關(guān)聯(lián)；
  • 復(fù)合分析：實(shí)現(xiàn)功能與性能的同步分析；
  • 完整的失效工況分析：基于多層級(jí)模型獲得完整的失效模式而不遺漏；
  • 基于模型可設(shè)計(jì)分析各個(gè)因素的影響并優(yōu)化設(shè)計(jì)；
  • 可以根據(jù)模型實(shí)施配置管理；
  • 可基于模型進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)；
  • 有效的知識(shí)獲?。夯谀Ｐ涂勺匪萦行У闹R(shí)信息并重用；
  • 單一真相：設(shè)計(jì)工程師、可靠性工程師、維護(hù)工程師、測(cè)試診斷工程師之間的信息是統(tǒng)一的；
圖 基于模型的RAMS項(xiàng)目組成員信息架構(gòu)圖
3 應(yīng)用案例
MADe已具有重大裝備與軍工領(lǐng)域的多個(gè)用戶，如下圖為各主要領(lǐng)域的用戶。
4參考文獻(xiàn)
[1] Nancy J. Lindsey, MahdiAlimardani. Luis D. Gallo. Reliability Analysis of Complex NASA Systems withModel-based Engineering. Reliability & Maintainability Symposium(RAMS).2020.
[2] Hong Suk Chang1, Jong Chan Park.A Study on PHM Method Suitable for Motor-Driven Commercial Vehicle. ANNUALConFERENCE OF THE PROGNOSTICS AND HEALTH MANAGEMENT SOCIETY 2016.
[3] William Glover1, Joshua Cross1,Andrew Lucas1, Chris Stecki2, and Jacek Stecki. The Use of Prognostic HealthManagement for Autonomous Unmanned Air Systems. Annual Conference of thePrognostics and Health Management Society, 2010.
 
5作者簡(jiǎn)介：
蔣愛華:上海交通大學(xué)機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械設(shè)計(jì)及理論方向博士畢業(yè)；研究方向包括流激振動(dòng)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、振動(dòng)信號(hào)處理與故障診斷等，參與過多項(xiàng)國(guó)防科工委基礎(chǔ)預(yù)研項(xiàng)目；發(fā)表論文24篇，專利15個(gè)。曾負(fù)責(zé)Simcenter Test試驗(yàn)驗(yàn)證，現(xiàn)階段關(guān)注Simcenter 1D基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）。
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