1 引言
RCM是国际上复杂工业领域广泛采用的维修优化和管理方法之一。然而，目前在全世界对RCM经济效益的评估，一般仅仅局限于直接的经济效益评估，计算原来不需要的预防性维修项目所节约的维修费用，这存在着一定片面性。因为RCM分析的主要目的是提高复杂工业设备的可靠性，而不是降低维修成本。在RCM经济效益评估中，取消项目的经济效益是次要的，主要的经济效益是通过维修优化，设备可靠性方面得到了提高，并带来了经济效益。
在实际RCM效益评估过程中，主要难点在于：
(1)设备增加的维修优化项目主要用于预防以前没有考虑到的故障模式，而该故障模式的发生概率，比较难于确定。
(2)对于设备隐蔽性故障，则需考虑多重故障发生的概率，更加难以确定。
(3)传统的经济评估方法，计算的工作量非常大，在核电站推广应用比较困难，且没有现实意义。
复杂工业系统设备可靠性的提高和维修成本的降低一般都可以用经济指标来量化，我们认为可以通过评估RCM维修优化后在设备可靠性方面的提高、维修成本方面的降低所取得的经济效益，来评估维修优化的业绩。
2 RCM经济效益评估内容和分类
RCM分析后，最明显的变化是，取消了没有必要的定期预防性维修工作，而增加一些必要的，用于提高设备可靠性的预防性维修工作，从而降低了维修成本。我们可以将经济效益做如下分类：
2.1 取消项目的经济效益
首先，在RCM分析后，取消了原来不需要的定期预防性维修项目。取消项目的经济效益包括人工费用和备件费用。这取消的维修项目有两类，可分为完全取消和延长维修周期两部分。
例如，在大亚湾核电站，RCM分析后基本上取消了原来水泵/电动机的定期解体维修，改为状态监测，当设备状态异常时，再进行维修。该项目的经济效益为取消水彩电动机的定期解体维修所节约的人工费用和备件费用。RCM分析后，将原来常规岛气动阀隔膜更换和阀体检查周期，由原来的5年延长到10年，该项目的经济效益为延长阀隔膜更换和阀体检查周期延长所节约的人工费用和备件费用。
2.2 增加项目的经济效益
RCM分析后新增维修项目预防了原来没有预防的故障模式，降低了该故障模式发生后出现后果的概率，提高了设备可靠性，即增加项目的经济效益。由于所预防的故障模式可以细分为显性和隐蔽性，为便于分析和研究，将增加项目的经济效益分为增加项目的显性经济效益和增加项目的隐性经济效益。
例如，循环水系统RCM分析时，发现如果水泥管道出现裂纹，渗水长期发展可能会导致管道坍塌，会直接导致机组停机数月；于是增加了对循环水出口水泥管道进行检查的任务，该项任务带来的效益就是增加项目的显性经济效益。
对于增加项目的隐性经济效益，由于隐性故障模式的单独发生，不会导致事故发生，也不能被发现，但增加了多重故障发生的概率；只有当初始事件发生后，才导致多重故障发生。因此，增加项目的隐性经济性效益，即预防了多重故障发生所取得的效益，这也是核电站领域最重要的RCM效益。
在大亚湾核电站的RCM实践中，发现了一些重要的没有被管理的隐蔽性故障模式。如常规岛冷却水系统RCM分析时，发现水箱有高水位报警功能，但从来没有检查过。高水位报警功能失效本身不会导致事故的发生，但当出现水箱异常进水(如水箱补水阀补水后卡死在开的位置时)的情况下，如果报警失效，主控室操纵员不知道，不能及时处理，水会从溢流管流到其它设备上有可能造成停机。
RCM分析后，就增加了水箱水位报警检查，以便预防多重故障的发生。
综上所述，RCM经济效益可分三类：
——取消项目的经济效益；
——增加项目的显性经济效益；
——增加项目的隐性经济效益。
3 取消项目的经济效益评估模型
3.1 计算方法
取消项目的经济效益也就是即RCM分析后由于取消或延长了原来预防性维修项目所节约的维修费用(人工和备件费用)。
RCM分析后，取消维修项目所节约维修费用的相对值尺为
R=(T/tb-T/ta)/(T/tb) (1)
=(1-tb/ta)·100％
式中：T电站运行寿命；
tb——RCM分析前的该项目维修周期；
ta——RCM分析后的该项目维修周期。
特别地，当该项目被完全取消时，可以认为ta=∞。那么R=100％
在电站寿命期内，RCM分析后项目取消共节约维修费用的绝对值M为
M=N·C·(T/tb-T/ta)
=N·C·T·(1/tb-1/ta)
式中：N——该类设备数；
C——该设备1次预防性维修费用。
相应地，对于完全取消项目，可以认为ta=∞。那么：
M=N·C·T/tb (3)
3.2 实例分析
3.2.1 完全取消项目实例
在大亚湾核电站，安装有6台凝结水泵，RCM分析前，该泵每3年解体检查一次，RCM分析后取消了该项工作。解体维修人工费用约40000元人民币，备品备件费用为180000元人民币。
据公式(3)，RCM分析后取消每3年解体检查泵所取得的经济效益为2640万元。
3.2.2 周期延长项目实例
在大亚湾核电站常规岛冷却水系统，安装有10台气动调节阀，用于调节冷却水流量。RCM分析前，该阀门每5年进行全面解体检查，更换隔膜。RCM分析后，将解体检查周期延长到10年。解体检查阀门人工费用：约5500元人民币，备品备件费用约为4500元人民币。
据公式(2)，RCM分析后阀门周期从5年延长到10年所取得的经济效益为60万元。
与分析前相比，据公式(1)，R=50％。
即与分析前相比，维修费用节约了50％，共计节约人民币60万元。
4 增加项目显性的经济效益评估模型
RCM分析后新增维修项目预防了原来没有预防的故障模式，如果该故障模式是显性，那么该效益就是增加项目的显性经济性效益。
4.1 计算方法
根据定义，增加项目经济效益M为
M=E·P·T (4)
式中：E——该故障模式发生后所产生的后果；
P——故障模式发生的概率；
T——电站运行寿命。
E和T的含义比较清楚，也比较容易计算。下面讨论如何计算故障模式发生的概率。经研究，有两种方式来确定故障模式发生的频率P。
(1)确定论方法
如果在核电站中运行期间，已经出现过该故障模式的潜在故障，或者类似的设备出现过该故障，建议保守地认为在电站运行期间，会出现1次该故障模式。即：P=1/T。
另外，由于该故障模式的后果比较严重，发生后一般都会采取纠正措施。因此，我们假设在电站运行期间故障最多发生1次。
例如，循环水系统RCM分析后，增加了对凝气器出口水泥管道进行检查的任务。在检查中发现该管道多处出现缺陷，因此可以认为在电站运行期间，会出现一次该故障模式。又如，压缩空气系统气动隔离阀067VA的隔膜寿命一般是10—15年，会老化破裂。同样，也认为在电站运行期间，会出现1次该隔膜破裂故障。
(2)概率方法
如果不能用确定论的方法来确认故障模式发生的概率，那么建议用概率数据来确定该故障模式发生的概率。随着PSA技术在核电站中的广泛应用，目前各国都对设备失效数据进行了广泛研究，并得到了很多设备失效数据报告。
4.2 实例分析
循环水系统RCM分析后，增加了对凝气器出口水泥管道进行检查的任务。在大亚湾核电站第八次换料大修中，对凝气器出口管道进行了检查，发现该管道多处出现缺陷，该缺陷是管道故障的潜在故障点。因此，P=1/T。
该故障模式出现后，会导致机组停运3个月。
大亚湾核电站每台机组停机1小时损失530000人民币。
据公式(4)，增加该项目的经济效益为11亿元人民币。
5 增加项目的隐性经济性效益评估模型
RCM分析后新增维修项目预防了原来没有预防的故障模式，如果所要预防的故障模式是隐性故障，那么该效益就是增加项目的隐性经济性效益。由于隐性故障模式的单独发生，不会导致事故发生，只是没有被发现，但增加了多重故障发生的概率；只有当初始事件发生后，才导致多重故障发生。因此，增加项目的隐性经济性效益就是预防了多重故障发生，所取得的效益。这也是核电站领域最重要的RCM效益。
5.1 计算公式
根据定义，增加项目的隐陛经济性效益M为：M=E·PM·T。
根据多重故障的定义，PM为：PM=PTED·PTIVE。
由此可得，隐性经济性效益计算公式为
M=E·T·PTED·UTIVE (5)
式中：E——多重故障发生的后果；
T——电站运行寿期；
PTED——初始事件发生的概率，在RCM也称为被保护(Protected)事件发生的概率；
UTIVE——保护设备不可用度，也就是衡量隐蔽性故障发生后，导致设备不可用的大小；
PM——多重故障发生的概率。
公式E、T比较容易计算，下面具体介绍如何计算PTED、UTIVE。
5.1.1 PTED的计算方法
经综合研究、考察，有两种方式可以确定PTED。
(1)利用电站统计数据
如果在核电站中已经出现过该故障模式，建议采用该方法。
根据定义，被保护事件发生概率为
式中：MTED——被保护设备平均故障时间，为同类设备故障前运行时间的平均值；
N——某类设备数；
t——统计期间该设备的运行时间；
n——统计期间该设备的故障次数。
例如，据统计，在大亚湾核电站常规岛冷却水系统共有同类型的浮子阀14个，在1998-2000的3年里，失效(内漏)35次。因此，水箱自动补水阀内漏发生的频率为0.83年。
(2)利用概率数据
如果在运行期间没有发现过该故障模式，那么建议用概率的数据来确定该故障模式发生的概率。例如在GEC(英国通用电气公司)报告中，可以直接查到给水管道泄漏发生的概率：PTED：0.1/年。
5.1.2 UTIVE的计算方法
根据定义，UTIVE即保护设备不可用度。经研究，有两种方法计算该UTIVE。
(1)电站统计数据
根据定义，保护设备不可用度UTIVE为
式中：FI——定期试验时间，如果没有试验，则认为FFI为保护设备寿命，一般假定为电站剩余运行时间。
MTIVE——保护设备平均故障时间。
例如，在大亚湾核电站，据统计全厂共有1140个同类型浮子式液位开关，在2000年，共出现14次故障(不报警)。由于该液位开关从来没有进行过试验，因此取FFI=电站寿命=60年。因此，设备冷却水系统水箱浮子式液位开关的U为0.3。
(2)概率比例方法
从公式 (7)
UTIVE=FFI/(2·MTIVE)
可以看出，由于保护设备的不可用度U与定期实验的周期相关，定期试验周期越短，U就越小。因此在报告中查到的U不能直接用到经济效益评估计算中。例如，在大亚湾核电站PSA(Probabilistic Safety Assessment概率安全评估)报告中，查到水位开关U=2.6E-3，它对应的定期实验周期是1年。而我们要计算的保护设备是没有进行过定期实验的设备，因此不能直接引用大亚湾核电站PSA报告中的U=2.6E-3。
考虑到同类设备的可靠性相同，即平均故障时间MTBF相同。所以
Ud1/Ud2=FFI1/FFI2
Ud1=FFI1·Ud2/FFI2 (8)
式中：FFI1——计算的同类保护设备的定期实验周期；
Ud1——计算的同类保护设备的不可用度；
FFI2——相关报告中查到保护设备的定期实验周期；
Ud2——相关报告中查到保护设备的不可用度。
特别地，如果该保护设备从来没有进行过定期试验，那么可以认为FFI1为电站寿命。
例如：计算大亚湾常规岛冷却水系统水位开关D1/2SRI00I/002SN的U
在大亚湾核电站报告中，查到水位开关U=2.6E-3，据公式(8)得到Ud1=0.15。
和上面公式(7)计算结果UTIVE=0.3数量级一致。
5.2 实例分析
常规岛冷却水系统RCM分析时，发现水箱有高水位报警功能，但从来没有检查过。高水位报警功能失效本身不会导致事故的发生，但当出现水箱异常进水(如水箱补水阀补水后卡死在开的位置时)的情况下，如果报警失效，主控室操纵员不知道，不能及时处理，水会从溢流管流到其它设备上有可能造成停机。RCM分析后，就增加了水箱水位报警检查，以便预防多重故障的发生。
分析得知，PTED是水箱水位异常高的概率，水箱水位升高，一般是由于水箱补水阀自动补水后，不能关闭引起的。UTIVE保护设备是水箱水位高时报警。故障后果是当水箱补水阀卡死在开的位置时，主控室操纵员不知道，不能及时处理，水会从溢流管流到其它设备上有可能造成停机。导致机组停运的可能性是1/10，如果机组停运，需停运24小时，每小时损失530000元人民币。
据公式(5)～(7)可得：
M=2300万元人民币
6 两种计算方法的比较
在以上计算过程中，关于显性故障模式发生的概率P，初始发生的概率PTED，保护设备不可用度U，都给出了两种计算方法。
一般来说，第一种方法来源于本电厂同类型设备实际运行数据，因此比较真实、可靠，但如果样本太小，可能会导致该数据失真，另外计算量也较大。
第二种方法是来源于相关的失效数据报告，因此比较有代表性，而且计算比较方便，但可能和实际情况有一定的差异。
在实际应用时，如果电厂运行时间比较长，而且积累了一些失效数据，建议采用第一种方法；否则，采用第二种方法。
7 结论
目前，国内在运用维修优化管理，尤其是实施RCM分析过程中，由于需要相当的投入，且没有一个完整、简洁方法评估所取得的效益，常遇到很多困难。经过多方考察，收集大量数据，结合大亚湾核电站具体应用结果，作者提出了评估模型，完善了维修优化管理体系。RCM经济效益评估模型是首次系统、全面、简单、有效评估核电站维修优化成果的方法；必将促使RCM分析方法在国内电力行业应用，为电力行业提高设备可靠性、降低运行维修成本做出贡献。
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本文标题：以可靠性为中心的维修的经济效益评估模型
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