基于RCM的大功率機車質(zhì)量分析系統(tǒng)研究

莫易敏，肖騰飛，黃 豐，李耀軍，王 丁，秦詩凡

(武漢理工大學機電工程學院，湖北 武漢 430070)

隨著中國經(jīng)濟的增長，鐵路貨運需求也隨之增加，從2006年起，在全國鐵路有3 600臺現(xiàn)代化和諧型大功率機車陸續(xù)投入運營，不久的將來，投入運營的機車將達到一萬臺。如何對這些機車實行有效的管理、檢修，保障機車安全、可靠運行顯得越來越重要。

傳統(tǒng)的檢修方式已不能適應(yīng)和諧型大功率機車運用安全的要求[1－2]。傳統(tǒng)檢修方式存在的問題有:

(1)檢修時間過長。目前國內(nèi)大功率機車維修頻繁、修時過長，降低了機車車輛的利用率，增加了維修費用，加大了投資建設(shè)。

(2)維修理論基礎(chǔ)薄弱，缺乏系統(tǒng)的研究和培訓。實踐中經(jīng)常出現(xiàn)基本概念混亂，導致錯誤維修的現(xiàn)象。

(3)對原始故障信息的采集不夠及時、準確、完整，從而造成投入應(yīng)用的信息系統(tǒng)運行質(zhì)量不高。

(4)大功率機車可靠性分析采用人工手動分析，導致工作量加大，人工成本增高，效率低下。

筆者針對某機務(wù)段實際需求，采用以可靠性為中心的維修(reliability centered maintenance，RCM)理念，并將其用于和諧型大功率機車質(zhì)量分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)旨在:使用 RCM 維修理念[3－4]，建立起與故障分析和故障預防相結(jié)合的系統(tǒng)，縮減機務(wù)段管理成本，提高生產(chǎn)效率;對和諧型大功率機車以及機車關(guān)鍵部件故障進行預防，提升運用安全，縮短檢修時間，為機務(wù)段維修模式的轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支持。

1 維修核心業(yè)務(wù)流分析

機車質(zhì)量分析是和諧型機車運用維修段出入段管理必不可少的部分，其維修的核心業(yè)務(wù)流程包括:大功率機車以及機車故障大部件檢測、檢測數(shù)據(jù)分析、RCM分析、維修輔助決策分析、維修計劃編制、維修生產(chǎn)調(diào)度和維修生產(chǎn)作業(yè)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1 大功率機車質(zhì)量分析系統(tǒng)維修業(yè)務(wù)流程

在充分考慮大功率機車以及各機車模塊特點的基礎(chǔ)上，經(jīng)過故障后果分析，從可靠性因素、管理性因素、經(jīng)濟性因素、檢測性因素和維修性因素等方面來確定機車維修重要度評價因素，最后利用加權(quán)統(tǒng)計方法計算出機車重要度分值。根據(jù)和諧型大功率機車的構(gòu)造，將和諧型機車分為73個大部件模塊。對已壞機車的故障部件進行統(tǒng)計分析，從機車重要度分值、可靠性因素、維修性因素、故障檢測難易程度和故障后果等方面來確定和諧型機車大部件維修重要評價因素，利用數(shù)學工具分析出大部件重要度分值，通過對大部件重要度分值進行研究分析，確定關(guān)鍵部件。

采集這些關(guān)鍵部件各項目的檢測、使用數(shù)據(jù)進行分析，對關(guān)鍵部件故障周期性檢測即可實現(xiàn)這一功能。對機車在整個運用過程中的狀態(tài)進行各種狀態(tài)分析和變化趨勢分析;再將機車狀態(tài)分析數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行對比分析，通過建立機車運行線路、使用年限、修程等運用狀態(tài)變化規(guī)律的數(shù)學模型和預測模型，以及維修歷史數(shù)據(jù)庫，結(jié)合可靠性維修的統(tǒng)計方法和決策流程，使機務(wù)段管理部門科學合理地編制維修計劃成為了可能。機務(wù)段檢修部門根據(jù)維修計劃對維修生產(chǎn)調(diào)度配置維修資源、安排維修生產(chǎn)作業(yè)、執(zhí)行維修計劃和反饋維修生產(chǎn)數(shù)據(jù);機務(wù)段整備部門對維修結(jié)果進行驗收及評價，最終機車交付運行。

2 可靠性維修的實現(xiàn)

1999年國際汽車工程師協(xié)會(SAE)頒布的實施RCM的準則，即《以可靠性為中心的維修過程的評審準則》(SAEJA1011)指出:在實施RCM準則的過程中，為確保其順利執(zhí)行，應(yīng)保證在執(zhí)行過程中按順序經(jīng)過7個步驟。實施RCM的7步作業(yè)法如圖2所示。

圖2 實施RCM的7步作業(yè)法

圍繞圖2中所述的7個步驟，在采用RCM優(yōu)化分析和諧型機車維修方式時，基本的業(yè)務(wù)分析流程可按圖1來實施。由圖2可知，這個過程是一個反復迭代且層層遞進的過程，前一步是后一步得以實施的前提和向?qū)В?個步驟是密不可分的，構(gòu)成了可靠性分析的整體框架[5－7]。因此，第1步選擇關(guān)鍵設(shè)備，是RCM檢修模式優(yōu)化方案得以開展的基礎(chǔ)。根據(jù)多年和諧型機車運用維修積累的經(jīng)驗以及某機務(wù)段為和諧型機車量身定制的日整備分析、大部件故障模塊壽命分析、關(guān)鍵部件周期性檢測分析和單臺機車可靠性分析，結(jié)合機車部件故障頻率、故障原因以及故障產(chǎn)生后果，可以確定初步的關(guān)鍵設(shè)備，這樣RCM分析得以實施。

3 大功率機車質(zhì)量分析的設(shè)計及實現(xiàn)

3.1 總體設(shè)計

根據(jù)鐵道部相關(guān)規(guī)定，鐵路機務(wù)段的檢修作業(yè)主要以對和諧型機車進行性能和安全性檢查為主。機車的檢修模式也從“盡量多做計劃預防性維修”模式向只做“必要的可靠性維修”模式轉(zhuǎn)變。在可靠性維修理念的指導下，結(jié)合工程實際以及機務(wù)段生產(chǎn)作業(yè)狀況，進行了針對和諧型大功率機車質(zhì)量分析的研究。和諧型大功率機車質(zhì)量分析主要由4項分析子模塊構(gòu)成，因而在某機務(wù)段的應(yīng)用中又稱之為4項分析，即:機車日整備分析，大部件故障模塊壽命分析，關(guān)鍵部件周期性檢測分析和單臺機車可靠性分析。

系統(tǒng)的設(shè)計則是基于鐵路某機務(wù)段4項分析，借助可靠性維修基礎(chǔ)理論建立起來的，其組成框圖如圖3所示。利用該系統(tǒng)，可以建立機車維修保障信息數(shù)據(jù)庫，完成機車維修保障相關(guān)信息的集成與描述;借助系統(tǒng)的RCM分析功能，完成維修任務(wù)需求分析和維修類型、級別的劃分;利用該系統(tǒng)的導出報表功能，可自動生成維修保障等技術(shù)資料。

3.2 大功率機車質(zhì)量分析實現(xiàn)

和諧型大功率機車質(zhì)量分析系統(tǒng)的實現(xiàn)分為日整備分析、單臺機車故障分析、機車大部件故障分析和關(guān)鍵部件周期性檢測分析4個環(huán)節(jié)。

機車日整備分析模塊通過對大功率機車運用、機破、臨修、碎修和未修活件的統(tǒng)計分析，實時掌握機車的動態(tài)信息，幫助檢修人員找出故障發(fā)生的原因，制定技術(shù)措施，及時消除故障隱患，保證機車質(zhì)量良好，減少因機車故障對鐵路運輸產(chǎn)生的干擾，提升機車在高速重載下的安全保障能力。根據(jù)分析結(jié)果和實際情況，可有效調(diào)整檢修整備質(zhì)量卡控重點和卡控措施。必要時進行重點卡控，組織技術(shù)管理人員進行現(xiàn)場質(zhì)量把關(guān)，保證檢修質(zhì)量，采用 C#和 SQL Server數(shù)據(jù)庫[8－10]開發(fā)的界面如圖4所示。

圖3 和諧型大功率機車質(zhì)量分析系統(tǒng)整體組成框圖

圖4 機車日整備分析模塊界面圖

單臺機車故障分析模塊，又稱為單臺機車可靠性分析模塊，即對每日機車各模塊的故障信息收集統(tǒng)計，按機車型號和機車號把歸屬各臺機車的故障信息分類，統(tǒng)計故障頻數(shù)、故障走勢圖和機車每走行一萬公里的故障頻率，分析單臺機車的可靠性，從而對每臺機車進行質(zhì)量評估分析，并將分析結(jié)果導出到Excel報表中，如圖5所示。

圖5 單臺機車可靠性分析模塊界面圖

大部件故障分析模塊根據(jù)機車整備日志和機車檢修日志對大功率機車73個故障大部件進行分類統(tǒng)計，根據(jù)部件故障的發(fā)生頻率和機車配件的原始數(shù)據(jù)進行對比分析，評估部件的安全性和風險等級，對機務(wù)段日常生產(chǎn)作業(yè)的大功率機車所有故障情況、故障發(fā)生部位進行統(tǒng)計匯總，得出單個部件故障件數(shù)，繪制出故障頻率走勢圖，列出故障部件活件明細，掌握部件的故障頻率隨工作時間的變化關(guān)系趨勢，根據(jù)數(shù)學統(tǒng)計的方法找出部件的故障頻率及使用壽命周期，為部件故障成因分析和解決措施提供數(shù)據(jù)支持和驗證，從而逐步提高機車整體質(zhì)量可靠性，其界面如圖6所示。

圖6 大部件故障分析模塊界面圖

關(guān)鍵部件周期性檢測分析模塊，即8項周期性檢測分析模塊，是對齒輪箱潤滑油化驗、輪緣厚度、輪盤厚度、輪徑厚度、受電弓滑條厚度、蓄電池容量、列車管試壓和探傷檢查的周期性檢測結(jié)果進行分析，并根據(jù)檢測數(shù)據(jù)推測關(guān)鍵部件的工作壽命周期。在表示層中，從數(shù)據(jù)庫讀出相應(yīng)的共享數(shù)據(jù)，在界面上以直觀的圖形形式顯示給管理者，管理者再將分析的結(jié)果反饋到界面中，從而實現(xiàn)了對大功率機車關(guān)鍵部件的維護保養(yǎng)和故障預防，如圖7所示。

圖7 關(guān)鍵部件周期性檢測分析模塊界面圖

4 結(jié)論

系統(tǒng)功能符合和諧型大功率機車質(zhì)量分析系統(tǒng)實際問題需求，系統(tǒng)以圖表的形式直觀地展現(xiàn)了機車的質(zhì)量數(shù)據(jù)，便于管理者掌握機車的運行狀態(tài)信息，對大功率機車故障實現(xiàn)了有效的分析與預防，為機務(wù)段維修模式的更新提供了技術(shù)支持。

[1] 顏巧林.基于SOA的和諧型機車運用維修信息平臺研究[D].武漢:武漢理工大學圖書館，2011.

[2] 于明知.機車出入段質(zhì)量管理系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)[D].武漢:武漢理工大學圖書館，2003.

[3] 黃建軍，楊江平，張新生.基于RCM的雷達裝備維修決策支持系統(tǒng)研究[J].計算機工程與設(shè)計，2011，32(8):2909 －2912.

[4] 王娟，周炳海.基于RCM的設(shè)備維護方法[J].設(shè)計與研究，2011(2):8－11.

[5] 余澤西.基于RCM的鐵路基礎(chǔ)設(shè)施維修管理信息系統(tǒng)的設(shè)計[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2009，9(2):161－164.

[6] 張西山，閆鵬程，孫江生，等.基于RCM的維修保障信息平臺[J]. 兵工自動化，2011，30(5):30－32.

[7] 何彥虎.可靠性維修實施方法探討[J].維修與管理，2008，12(2):22 －23.

[8] 常永英.ASP.NET程序設(shè)計教程(C#版)[M].北京:機械工業(yè)出版社，2007:125－147.

[9] JAMED R G，PAUL N W.SQL完全手冊[M].章小莉，寧欣，汪永好，等，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2003:144－189.

[10] 許清榮，胡彥彥，李楊 .NET.Visual C#2008實例演練與系統(tǒng)開發(fā)[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009:34－38.