淺談軌道交通車輛的可靠性及評估中的分類與分級

陳 琦

(上海同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院,上海阿爾斯通交通設(shè)備有限公司,上海 200240)

1 前言

隨著現(xiàn)代城市的高度集中化發(fā)展,軌道交通已成為城市公共交通的重要組成部分,并且其比重也城來越大。因此,軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性對于整個(gè)城市的公共交通系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性的影響也越來越大。軌道交通車輛作為軌道交通系統(tǒng)的核心組成部分,從某種角度主導(dǎo)著軌道交通系統(tǒng)可靠性的水平和狀況。因此,怎樣正確認(rèn)識軌道交通車輛的可靠性,怎樣合理的對軌道交通車輛的可靠性進(jìn)行評估,成為了必須認(rèn)清和急待研究的問題。

2 可靠性的三要素

要分析軌道交通的可靠性及其評估,就必須從可靠性本身談起。理論上可靠性的定義一般為產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力[1]。從可靠性的定義我們可以看到三個(gè)關(guān)鍵要素,即規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間、規(guī)定功能。下面就這三個(gè)要素延伸到軌道交通車輛上來分析。

規(guī)定條件是指軌道交通車輛運(yùn)行所在的環(huán)境。這個(gè)環(huán)境應(yīng)該包括兩個(gè)方面,一個(gè)是設(shè)計(jì)環(huán)境,另一個(gè)是自然環(huán)境。設(shè)計(jì)環(huán)境包括整個(gè)線路的設(shè)計(jì)長度、設(shè)計(jì)坡度、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎半徑,還包括軌面、供電觸網(wǎng)、信號系統(tǒng)等等[2]自然環(huán)境則包括線路所在地的自然溫度、自然濕度、空氣中的含塵量,以及在露天運(yùn)行時(shí)的風(fēng)速,特別是側(cè)向風(fēng)速等。

規(guī)定時(shí)間是指軌道交通車輛的工作時(shí)間。但是,值得注意的是軌道車輛可靠性評價(jià)中的規(guī)定時(shí)間并不是單純的自然時(shí)間。事實(shí)上,在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中并不是每時(shí)每刻車輛或者車輛的主要功能模塊及部件都在執(zhí)行它的任務(wù)。比如同樣是在運(yùn)營時(shí)間內(nèi),作為正線備車的車輛雖然也在運(yùn)營線路上,但實(shí)際上沒有真正意義上的在執(zhí)行運(yùn)行任務(wù)。又如在站臺等待的時(shí)候,車輛的牽引系統(tǒng)就是不工作的;而在正常行駛的情況下車輛的制動(dòng)系統(tǒng)也是不工作的(此時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該只能算作待機(jī)狀態(tài))。因此,直接以自然時(shí)間作為在評估軌道交通車輛的可靠性時(shí)的規(guī)定時(shí)間是不正確的。通常對于軌道交通車輛可靠性評估中的規(guī)定時(shí)間是以運(yùn)行里程來替代的。雖然正確的來說軌道交通車輛不管是整列車還是其主要模塊或部件其工作狀態(tài)應(yīng)該是間斷的,但是由于在正常運(yùn)營時(shí)其動(dòng)作從一個(gè)較長的運(yùn)營里程的基礎(chǔ)上來看是均勻分布的,即間斷時(shí)間相對一致。所以,可以用運(yùn)營里程代替它的“規(guī)定時(shí)間”[3]。

規(guī)定任務(wù)簡單地講就是軌道交通車輛跑得起來,停得下來。當(dāng)然實(shí)際上規(guī)定任務(wù)的要求要復(fù)雜得多。就跑得起來來說,不僅僅是要能動(dòng)起來,而且是要能夠達(dá)到設(shè)計(jì)的時(shí)速。以上海軌道交通車輛來說,一般設(shè)計(jì)要求能夠達(dá)到的最高時(shí)速 80km/h(在規(guī)定的負(fù)載之下)。拿停得下來來說,不僅僅是停下來,而且要及時(shí)地停下來。停得過快,或是停得過慢都會對整個(gè)軌道交通的車輛運(yùn)行系統(tǒng)帶來影響。特別是緊急情況下,能否及時(shí)停下車輛將直接影響到安全。除此之外,諸如車門能不能按要求打開、空調(diào)能不能使車廂保持適當(dāng)?shù)臏囟取④囕v能不能正常地從供電觸網(wǎng)上獲得電能等都是規(guī)定任務(wù)中所需包括的。

但是除了了解三個(gè)要素在軌道交通車輛可靠性方面的特點(diǎn)以上,要真正對可靠性進(jìn)行評估還有許多內(nèi)容和要點(diǎn)需要關(guān)注。其中分類和分級在這里要重點(diǎn)提出。

3 可靠性評估中的分類

分類主要指的是對軌道交通車輛在實(shí)際運(yùn)營過程中發(fā)生故障的部件進(jìn)行分類。雖然我們在這里談軌道交通車輛可靠性的評估問題,但是必須認(rèn)清的是評估可靠性的最終目的是在于改進(jìn)。而要改進(jìn),就必須知道可改進(jìn)的點(diǎn)在哪里,以及需要改進(jìn)的點(diǎn)與哪些因素可能有關(guān)系。

軌道交通車輛是一種集成多系統(tǒng)的產(chǎn)品。因此,僅觀察整列車的故障波動(dòng)其現(xiàn)實(shí)意義其實(shí)并不大。將整列車的故障分解到子系統(tǒng)或主要部件,乃至子系統(tǒng)的各個(gè)部件對分析問題才具有價(jià)值。

我們可以對比下面的趨勢圖。這些圖是根據(jù)上海某軌道交通線路車輛 18個(gè)月的故障情況繪制的。其中第一張(圖 1)是整車的故障趨勢圖。后 4張(圖 2、圖 3、圖 4、圖 5)是 4個(gè)主要子系統(tǒng)的故障趨勢圖。從這幾張圖可以看出列車的故障波動(dòng)情況和某一個(gè)子系統(tǒng)或主要部件的故障波動(dòng)情況是有很大差異的。所以,列車的可靠性波動(dòng)只能告訴我們列車的使用狀態(tài)是否理想,而分類系統(tǒng)的可靠性波動(dòng)才能告訴我們哪里是我們該去關(guān)注,甚至告訴我們所要關(guān)注的系統(tǒng)可能與什么問題有關(guān)。

圖1 車輛故障統(tǒng)計(jì)趨勢圖

4 可靠性評估中的分級

除了分類,還有分級問題。所謂分級,指的是對故障的嚴(yán)重性進(jìn)行區(qū)分。一般建議可以分三到四級。以四級來說,第一級嚴(yán)重性高,一般為涉及到安全性的問題。不過針對這一點(diǎn),我們要提出一些新的觀點(diǎn)。就是如果問題發(fā)生,且問題涉及到安全,但是系統(tǒng)對問題有自動(dòng)反應(yīng)的設(shè)計(jì),且確實(shí)進(jìn)行了反應(yīng),我們可以認(rèn)為這不是第一級的問題。此時(shí),這種問題并不是嚴(yán)重性最高的。換句話來說,問題的嚴(yán)重并不一定在于故障所導(dǎo)致的危害大小,而是在于故障發(fā)生及危害產(chǎn)生之后沒有得到適合的控制。第二級嚴(yán)重性比較高。一般是影響到了列車的正常使用,也就是主要功能性故障。當(dāng)然前面我們提到的諸如涉及到安全問題,但是有適當(dāng)?shù)淖詣?dòng)響應(yīng)控制的問題,也可以算作第二級的問題。第三級為嚴(yán)重性不高的問題。如影響舒適性的問題,也就是次要功能性問題。最后一級就是那些基本上不嚴(yán)重的問題。對于故障進(jìn)行嚴(yán)重性的分級,其意義在于了解車輛當(dāng)前急待解決的問題到底在哪里。這樣,不管是車輛的使用方(地鐵運(yùn)營商)還是車輛的制造方,或是子系統(tǒng)的供應(yīng)商,都能聚焦資源以解決重要的問題。也就是說在車輛可靠性的提升工作上做到有的放矢。圖 6就是一張分級后的車輛故障趨勢圖。從這張圖中可以看出,雖然從車輛整體來看故障的總體趨勢下降了,但是作為對車輛運(yùn)行影響最大的嚴(yán)重性第二級的故障來說,沒有太大的改進(jìn)變化。也就是說,主要功能性方面的故障沒有出現(xiàn)較大的改觀。當(dāng)然這有兩種可能。一種是主要功能性的故障維持在一個(gè)可接受的正常水平上,另一種情況就是這條線路上對于車輛的改進(jìn)重點(diǎn)并沒有聚焦正確,或者說該重點(diǎn)投入資源的地方并沒有投以足夠的資源。

圖6 車輛故障分級統(tǒng)計(jì)趨勢圖

5 結(jié)語

在車輛的可靠性評估方面分類和分級應(yīng)該說是兩項(xiàng)重要的內(nèi)容。除了這兩點(diǎn)以外,還有很多內(nèi)容值得研究和探討。比如如何獲取評估所需的數(shù)據(jù),如何規(guī)范化數(shù)據(jù),以及怎樣界定故障對車輛的運(yùn)營產(chǎn)生了影響(這涉及到如何定義必要運(yùn)營能力和增值運(yùn)營能力的問題)。

總之,軌道交通車輛可靠性的評估是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程,需要我們不斷地去深入研究和實(shí)踐的。我們也相信通過這項(xiàng)工作會使我們國內(nèi)的軌道交通車輛的可靠性水平乃至軌道交通系統(tǒng)的可靠性水平得到改進(jìn)和提高。

[1]安炳淑.質(zhì)量專業(yè)理論與實(shí)務(wù)[M].北京:中國人事出版社.2006.

[2]孫章,何宗華,徐金祥.城市軌道交通概論[M].北京:中國鐵道出版社,2000.

[3]曾天翔,楊先振,王維翰.可靠性及維修性工程手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,1994.