動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期管理效果分析

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）

1 引言

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。

2 研究綜述

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。

3 動車組行車關(guān)鍵配件全生命周期管理特征

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

3.1 各級檢修作業(yè)流程分析

（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

3.2 全生命周期管理特點

（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

4 動車組行車關(guān)鍵配件安全質(zhì)量管理效果

4.1 單個配件安全管理

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。

4.2 所有配件安全管理

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

5 建議

（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。

[1]王輝.應(yīng)用信息化技術(shù)探索創(chuàng)新動車組配件物流管理新模式[J].鐵路采購與物流,2016,11(12):29-30.

[2]管江旗,賈志凱,張惟皎,劉丹鳳.基于RFID的CRH型動車組關(guān)鍵配件全生命周期跟蹤管理系統(tǒng)研究[J].鐵路計算機應(yīng)用,2013,22(1):25-28.

[3]陳彥,李新全,李樊,王璞.基于換件修的動車組關(guān)鍵部件檢修追蹤系統(tǒng)研究[A].第十一屆中國智能交通年會大會論文集[C].2016.

[4]楊紅雄,梅智伶,楊紅澎.公路項目質(zhì)量保證成本估算模型構(gòu)建與運用[J].公路交通科技,2013,30(7):144-150.

[5]Chulho Bae,Taeyoon Koo,Youngtak Son,et al.A study on reliability centered maintenance planning of a standard electric motor unit subsystem using computational techniques[J].Journal of Mechanical Science and Technology,2009,(23):1 157-1 168.