關(guān)于軌道交通車輛維修策略制定方法的探討

王大奎，王海濤，藺 高，譚 洋

（中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司，山東青島 266000）

0 引言

維修的目的是恢復(fù)設(shè)備性能，達(dá)到預(yù)期的可靠性水平，進(jìn)而降低使用故障率[1]。預(yù)防性維修主要是指在設(shè)備沒有發(fā)生故障或尚未造成損壞的前提下即展開一系列維修的維修策略，通過定期對(duì)產(chǎn)品的系統(tǒng)性檢查、設(shè)備測(cè)試和更換以防止功能故障發(fā)生，使其保持在規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的全部活動(dòng)[2-3]。糾正性維修指設(shè)備已經(jīng)發(fā)生故障后，使其恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)所進(jìn)行的非計(jì)劃性的一系列活動(dòng)[4]。

隨著軌道交通行業(yè)的快速發(fā)展，越來越多的軌道車輛逐漸進(jìn)入大修期。目前對(duì)于維修策略的制定缺乏統(tǒng)一的、充分的理論依據(jù)，普遍采取相對(duì)保守的“預(yù)防性維修策略”，存在較多“過度修”行為，維修經(jīng)濟(jì)性較差，不符合用戶對(duì)維修成本的期望。

軌道交通車輛由牽引、制動(dòng)、空調(diào)、車門、轉(zhuǎn)向架等一系列復(fù)雜系統(tǒng)構(gòu)成，涉及的部件達(dá)上萬個(gè)，究竟該如何選擇每一個(gè)部件的維修策略是制約維修成本的關(guān)鍵因素。

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)維修策略從不同角度進(jìn)行了探討和分析。文獻(xiàn)[5]在考慮失效相關(guān)和經(jīng)濟(jì)性相關(guān)的基礎(chǔ)上，采用聚合算法，建立了多部件系統(tǒng)折扣準(zhǔn)則模型，得到了維修費(fèi)率的最優(yōu)方程；文獻(xiàn)[6]在測(cè)試性D 矩陣基礎(chǔ)上，提出了一種基于單故障化的多故障診斷與維修策略（Multiple Fault Diagnosis and Maintenance Strategy by Translating into Single fault，MFDMSTS）；文獻(xiàn)[7]提出了3 種根據(jù)產(chǎn)品使用時(shí)間進(jìn)行定期預(yù)防更換的服役年齡更換策略；文獻(xiàn)[8]基于RCM（Reliability Centered Maintenance，以可靠性為中心的維修）理論對(duì)預(yù)防性維修的決策模型進(jìn)行深入研究，建立了以費(fèi)用、可用度和概率風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)的定期更換、功能檢查、故障處置決策模型。

1 維修策略制定方法

1.1 最小可維修單元?jiǎng)澐?/h3>

為合理選擇軌道交通車輛維修策略，需將車輛劃分成牽引、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向架等若干個(gè)系統(tǒng)，再將每個(gè)系統(tǒng)分解為若干部件，最后精準(zhǔn)定位至每一個(gè)最小可維修單元（Line Replaceable Unit，LRU）進(jìn)行維修策略的分析。如空調(diào)系統(tǒng)可劃分為空調(diào)機(jī)組、空調(diào)控制柜、采暖設(shè)備等，空調(diào)機(jī)組由壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥等零部件組成，維修策略分析時(shí)需選取至壓縮機(jī)層級(jí)進(jìn)行。最終由每一個(gè)最小可維修單元的維修策略整合為整個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)乃至車輛的維修策略。

1.2 失效模式及影響分析

基于FMECA（Failure Mode and Effect Analysis，失效模式和效應(yīng)分析）數(shù)據(jù)，分析LRU 的失效模式及影響，將對(duì)車輛運(yùn)營(yíng)的影響劃分為安全類、功能/秩序類、經(jīng)濟(jì)類3 個(gè)等級(jí)。其中，安全類指故障時(shí)會(huì)對(duì)車輛運(yùn)營(yíng)安全造成威脅，如軸箱軸承；功能/秩序類指故障時(shí)會(huì)影響部件本身功能的實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)安全無影響，如空調(diào)失效時(shí)會(huì)降低旅客乘坐舒適度；經(jīng)濟(jì)類指失效時(shí)對(duì)安全、功能及秩序均無影響，如內(nèi)裝板、客室電視等。根據(jù)影響等級(jí)的劃分再進(jìn)一步考慮其他影響因素，制定LRU 的維修策略。

1.3 影響維修策略制定的因素

除LRU 故障影響等級(jí)外，還應(yīng)充分考慮用戶需求、LRU 的可維修性、監(jiān)控措施、故障的顯隱性等因素。用戶需求指用戶對(duì)車輛維修后可靠性指標(biāo)的需求，如功能/秩序類部件，若用戶要求較高可采用預(yù)防性維修策略，若用戶對(duì)維修成本更為關(guān)注則采用糾正性維修策略；可維修性指LRU 故障處置便利程度，能否在不耗費(fèi)較多資源的情況下快速修復(fù)或更換；監(jiān)控措施指LRU 故障時(shí)能否被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，主要依賴于新興的車輛視頻監(jiān)控系統(tǒng)，如弓網(wǎng)監(jiān)測(cè)、軸溫監(jiān)測(cè)等；故障顯隱性指車輛在運(yùn)營(yíng)過程中，LRU 的故障能否被司乘人員第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行相應(yīng)的處置，如管路泄漏會(huì)在司機(jī)室HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面）屏上顯示“總風(fēng)壓力不足”，為顯性故障，如車下某處螺栓松動(dòng)或斷裂不能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，為隱性故障。

1.4 維修策略制定技術(shù)路線圖

綜合上述因素，形成了軌道交通車輛維修策略制定技術(shù)路線圖（圖1）。其中，PIS 系統(tǒng)即Passenger Information System，乘客信息系統(tǒng)；VVVF 為Variable Voltage and Variable Frequency，即可變電壓、可變頻率，也就是變頻調(diào)速系統(tǒng)；預(yù)防性維修屬于安全類，糾正性維修+檢查/監(jiān)控屬于功能/秩序類，糾正性維修屬于經(jīng)濟(jì)類。

該技術(shù)路線最重要的特點(diǎn)是，將用戶需求作為維修策略制定的重要依據(jù)，體現(xiàn)了現(xiàn)代軌道交通行業(yè)以用戶需求為導(dǎo)向的服務(wù)潮流。

圖1 城軌車輛維修策略制定技術(shù)路線

2 維修策略制定實(shí)例

2.1 工作原理

中繼閥為制動(dòng)控制裝置LRU 級(jí)子部件（圖2）：常用及快速制動(dòng)時(shí)，根據(jù)制動(dòng)指令通過制動(dòng)電磁閥和緩解電磁閥產(chǎn)生要求的制動(dòng)缸預(yù)控壓力，再通過中繼閥進(jìn)行流量放大輸出制動(dòng)缸壓力；緊急制動(dòng)時(shí)，采集空簧壓力信號(hào)，通過空重閥輸出不同載重的下的緊急制動(dòng)預(yù)控壓力，再通過中繼閥流量放大向制動(dòng)缸輸出緊急制動(dòng)壓力。

圖2 制動(dòng)控制裝置氣路原理

2.2 失效模式分析

根據(jù)產(chǎn)品自身特性及既有檢修運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，梳理中繼閥的失效模式，識(shí)別每一種失效模式的失效原因、失效影響及相應(yīng)的應(yīng)急處置措施（表1）。

基于失效模式分析結(jié)果，中繼閥屬于“影響功能/秩序”類部件。

2.3 維修策略分析

中繼閥屬于“影響功能/秩序”類部件，根據(jù)維修策略制定技術(shù)路線（圖1），需針對(duì)用戶需求制定不同的維修策略，同時(shí)需考慮失效模式自身屬性（圖3、圖4）。

由圖3、圖4 可以看出，當(dāng)用戶對(duì)部件可靠性要求較高時(shí)，均需對(duì)中繼閥進(jìn)行預(yù)防性維修；當(dāng)用戶對(duì)部件可靠性要求較低時(shí)，顯性故障（卡滯）需進(jìn)行糾正性維修，隱性故障（泄漏）需糾正性維修和日常檢查相結(jié)合。

表1 中繼閥失效模式分析

根據(jù)上述分析，中繼閥維修策略見表2。

3 結(jié)論與展望

針對(duì)軌道交通車輛維修策略的制定缺乏統(tǒng)一、充分理論依據(jù)的現(xiàn)狀，基于產(chǎn)品FMECA 數(shù)據(jù)，同時(shí)充分考慮用戶需求、設(shè)備可維修性、故障顯隱性等因素，提出了維修策略制定技術(shù)路線圖，并以中繼閥為例論證了該技術(shù)路線的可行性，為軌道交通車輛維修策略的制定開辟了一條全新的道路。

表2 中繼閥維修策略

圖3 中繼閥卡滯維修策略技術(shù)路線

圖4 中繼閥泄漏維修策略技術(shù)路線

本文僅針對(duì)軌道交通車輛的維修策略進(jìn)行了探討，并未涉及具體的維修方案。隨著軌道交通行業(yè)的發(fā)展，用戶對(duì)車輛全壽命周期成本的關(guān)注度越來越高，而能夠提供合理的全壽命周期維修方案成為車輛制造廠關(guān)鍵的競(jìng)爭(zhēng)因素。RCM 已成為維修方案制定的重要理論支撐，將本文所述維修策略制定方法與RCM相結(jié)合，能夠制定出車輛完整的全壽命周期維修方案。