李姝辰,陳國寶,周義萱3,,江昶霆,鄭 凱,任 爽
(1.北京交通大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院,北京100044;2.中國鐵路上海局集團有限公司 物資處,上海 200040;3.北京印刷學(xué)院 經(jīng)濟管理學(xué)院,北京 102600;4.北京交通大學(xué) 計算機與信息技術(shù)學(xué)院,北京 100044)
截至2016年底,全國高速鐵路營業(yè)里程達到2.2萬km以上,完成旅客發(fā)送量14.43億人次(均占世界高鐵營業(yè)里程和旅客發(fā)送量60%以上);累計安排開行動車組2 332.5對,占總旅客列車開行對數(shù)65.3%;動車組擁有量達到2 586標(biāo)準(zhǔn)組、20 688輛。伴隨著動車組的迅猛發(fā)展,動車組行車關(guān)鍵配件呈現(xiàn)出數(shù)量大與管理復(fù)雜的趨勢。
中國鐵路上海局集團有限公司(簡稱:上海局)已經(jīng)開展應(yīng)用二維碼對動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期管理,對提升動車組行車關(guān)鍵配件管理質(zhì)量起到了重要作用[1]。本文以上海動車段為例,以牽引電機、一系垂向減振器、抗蛇行減振器與車端減振器為動車組行車關(guān)鍵配件的典型研究對象,在文獻整理和現(xiàn)場調(diào)查的基礎(chǔ)上,應(yīng)用流程分析法,歸納基于二維碼的動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期管理特征;應(yīng)用失效函數(shù)法,分析基于二維碼的動車組行車關(guān)鍵配件的安全監(jiān)測效果,對提高動車組行車關(guān)鍵配件管理質(zhì)量和管理效率提供決策支持。
既有成果集中于研究設(shè)計動車組行車關(guān)鍵配件管理系統(tǒng)方面,應(yīng)用二維碼對動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期管理的相關(guān)成果甚少。代表性的學(xué)者有管江旗等人。管江旗等[2]立足于CRH型動車組關(guān)鍵配件全生命周期跟蹤管理的實際需求,提出建立基于RFID的CRH型動車組關(guān)鍵配件全生命周期跟蹤系統(tǒng)。陳彥等[3]結(jié)合動車組檢修實際,梳理關(guān)鍵配件檢修追蹤信息以及檢修業(yè)務(wù)流程,在此基礎(chǔ)上設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)和功能。
本文借鑒了失效函數(shù)的既有成果,其中楊紅雄等[4]分析了失效因子與質(zhì)量保證的關(guān)系,基于個體失效模式、可靠性、隨機過程,構(gòu)建了公路項目失效函數(shù)。Chulho Bae等[5]為提高城市交通的安全性,研究建立兼顧安全和成本的維修計劃,應(yīng)用失效函數(shù),在估計失效率和平均故障間隔時間的基礎(chǔ)上,給出了各部件的維修時間。
根據(jù)動車組檢修作業(yè)相關(guān)規(guī)定,動車組運用年限約為20年,動車組檢修分為五個等級。其中,牽引電機、一系垂向減振器、抗蛇行減振器與車端減振器的一級和二級檢修作業(yè)為運用檢修,三級、四級、五級檢修作業(yè)為高級檢修。
如圖1所示,完成24次一級修后進入二級修;完成288次一級修和11次二級修后進入三級修,完成三級修后再次進入一級修和二級修;完成552次一級修、22次二級修和1次三級修后進入四級修,完成四級修后再次進入一級修和二級修;完成1 104次一級修、44次二級修、2次三級修和1次四級修后進入五級修,完成五級修后再次進入一級修和二級修,直至動車組全生命周期的20年。
圖1 動車組檢修作業(yè)周期與檢修作業(yè)次數(shù)示意圖
(1)一級修與二級修流程分析。如圖2所示,動車組一級與二級檢修作業(yè)過程中,如果無故障的行車關(guān)鍵配件更換,共計經(jīng)過3個作業(yè)環(huán)節(jié)。僅經(jīng)由動車運用所內(nèi)部的檢修部門和調(diào)度部門。掃描二維碼次數(shù)為1次,用于動車組行車關(guān)鍵配件質(zhì)量狀態(tài)信息記錄及檢查作業(yè)狀態(tài)信息記錄。
圖2 一級修與二級修流程分析示意圖
(2)三級修與四級修流程分析。如圖3所示,動車組三級與四級檢修作業(yè)過程中,共計經(jīng)過17個作業(yè)環(huán)節(jié)。經(jīng)由動車段內(nèi)部的物資、檢修和修理3個部門,還需經(jīng)由上海鐵路局物資處(局內(nèi)1單位)和配件供應(yīng)商(局外1企業(yè))。掃描二維碼次數(shù)為9次,主要用于動車組行車關(guān)鍵配件質(zhì)量狀態(tài)、故障配件更換狀態(tài)、配件采購與物流狀態(tài)等信息記錄,以及檢修作業(yè)的狀態(tài)確認。
(3)五級修流程分析。如圖4所示,動車組五級檢修作業(yè)過程中,共計經(jīng)過5個作業(yè)環(huán)節(jié)。本單位僅經(jīng)由動車運用所內(nèi)部的調(diào)度部門,還需經(jīng)由委托修理商(局外1企業(yè))。掃描二維碼次數(shù)為4次,主要用于動車組行車關(guān)鍵配件質(zhì)量狀態(tài)、配件檢修狀態(tài)的信息記錄及檢修作業(yè)的狀態(tài)確認。
圖3 三級修與四級修流程分析示意圖
圖4 五級修流程分析示意圖
(1)配件的唯一標(biāo)識碼特點。應(yīng)用二維碼的動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期管理特點,見表1。應(yīng)用二維碼,實現(xiàn)每個動車組行車關(guān)鍵配件的唯一標(biāo)識,成為實現(xiàn)動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期可追溯、可視化管理的前提。
在全生命周期管理的過程中,每個動車組行車關(guān)鍵配件總計掃描二維碼次數(shù)約1 919次。其中上海局動車運用所或動車段內(nèi)參與部門類型1-3個,上海局內(nèi)參與單位為物資處,上海局外參與企業(yè)類型2個。因此,要想保證動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期信息的一貫標(biāo)識,不僅需要保證每一次掃描二維碼信息的及時、準(zhǔn)確,而且需要保證20年間,所有掃描二維碼信息的可讀、可保存、可查詢、可分析。
(2)多級、多周期與多單位復(fù)雜管理特點?;诙S碼的動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期呈現(xiàn)出多級與多周期的管理特點,見表1。其中一級修至五級修為多次周期性循環(huán),直至動車組全生命周期的20年。根據(jù)一級修至五級修的規(guī)定時間與里程,初步計算出一級檢修作業(yè)次數(shù)約1 800次,二級檢修作業(yè)次數(shù)約70次,三級檢修作業(yè)次數(shù)約3次,四級檢修作業(yè)次數(shù)約2次,五級檢修作業(yè)次數(shù)1次。
根據(jù)上述一級修至五級修的流程示意圖,可以整理出基于二維碼的動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期呈現(xiàn)出多單位的復(fù)雜管理特點。在不同級別修程中,動車組行車關(guān)鍵配件的檢修項目參與單位類型、數(shù)量不盡相同。在一級和二級修程中,如果無故障配件更換,檢修參與單位僅為1個,檢修單位內(nèi)部參與部門2個。其他級別的檢修作業(yè),不僅要經(jīng)由局內(nèi)若干參與單位(物資處、動車段),還要經(jīng)由局外若干參與企業(yè)(配件供應(yīng)商、修理商)。
表1 動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期管理特點
在行車過程中,為了確保動車組行車關(guān)鍵配件的安全質(zhì)量,首先應(yīng)用失效函數(shù)法,繪制相應(yīng)的失效函數(shù)圖像,具體分析過程如下:
通常用一個非負隨機變量X來描述產(chǎn)品的壽命,則X的相應(yīng)分布函數(shù)為F(t)=P{X<t}=1-e-(λt)α,可靠度函數(shù)為R(t)=P{X>t}=1-e-(λt)α,失效率函數(shù)為。
當(dāng)λ=1,α=3時,r(t)=3t2,失效函數(shù)圖像如圖5所示。
其次,根據(jù)上述失效函數(shù)圖像,對失效率r(t)關(guān)于時間t的函數(shù)求反函數(shù),得到時間t關(guān)于失效率r(t)的函數(shù)。根據(jù)對應(yīng)比例,將時間t與檢修次數(shù)n相聯(lián)系,得到檢修次數(shù)n關(guān)于失效率r(t)的函數(shù)圖像,提出基于二維碼的單個行車關(guān)鍵配件無故障情況下的重點監(jiān)測區(qū)間,如圖6所示。
圖5 失效函數(shù)圖像示意圖
圖6 基于二維碼的單個配件安全監(jiān)測示意圖
根據(jù)上述結(jié)果,一級修至三級修的檢修次數(shù)為299次,將單個行車關(guān)鍵配件失效率分為4級,分別標(biāo)注綠色,黃色,橙色和紅色。當(dāng)掃描二維碼次數(shù)分別達到149次,212次,259次和299次時,失效率分別為25%,50%,75%和100%。據(jù)此,可對行車中的單個配件安全進行全過程監(jiān)測與重點監(jiān)測。
由圖7可知,同一種類的動車組行車關(guān)鍵配件在同一輛車上的安全質(zhì)量狀態(tài)不同,而不同種類的動車組行車關(guān)鍵配件在同一輛車上的安全質(zhì)量狀態(tài)更是不同。
以上海局每日開行動車組列車633對為例,在行車過程中,為了確保全局所有行車關(guān)鍵配件的安全質(zhì)量,基于二維碼信息的可讀、可保存、可查詢、可分析等特點,將所有行車關(guān)鍵配件的安全質(zhì)量分別標(biāo)注為綠色,黃色,橙色和紅色。據(jù)此,可對全局所有行車關(guān)鍵配件的安全狀態(tài)進行全面實時監(jiān)測與重點監(jiān)測,如圖7所示。
圖7 基于二維碼的所有配件安全監(jiān)測示意圖
(1)通過二維碼監(jiān)測維修次數(shù),可以監(jiān)測動車組行車關(guān)鍵配件的失效狀態(tài),當(dāng)其失效級別達到橙色和紅色(失效率分別為75%和100%),應(yīng)當(dāng)對此動車組行車關(guān)鍵配件給予高度關(guān)注,做好相應(yīng)的檢修準(zhǔn)備,從而對行車中配件的安全進行監(jiān)測。
(2)某一動車組行車關(guān)鍵配件進行換裝后,其質(zhì)量狀態(tài)和維修狀態(tài)發(fā)生改變,應(yīng)當(dāng)通過二維碼對動車組行車關(guān)鍵配件重新錄入質(zhì)量狀態(tài)信息和維修狀態(tài)信息,避免與原有信息混淆,影響行車中配件的安全監(jiān)測。
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