動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修間隔優(yōu)化方法的研究

楊強(qiáng)

摘要：近些年來(lái)，軌道交通裝備維修理論一直在不斷更新發(fā)展，這也促進(jìn)了其維修體制的完善，這使得現(xiàn)代軌道交通裝備運(yùn)維管理水平獲得了大幅度的提高。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)軌道交通事業(yè)獲得了迅猛的發(fā)展，相關(guān)領(lǐng)域的研究也變得更多，為動(dòng)車(chē)組修程修制的規(guī)劃和完善提供了科學(xué)的參考。因此探究動(dòng)車(chē)組維修體制現(xiàn)狀具有十分重要的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：動(dòng)車(chē)組；維修間隔；優(yōu)化方法

1動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修周期優(yōu)化背景

1.1動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修現(xiàn)狀

我國(guó)動(dòng)車(chē)組目前實(shí)行的是“計(jì)劃預(yù)防修為主、事后維修補(bǔ)充”的維修體制，維修周期采用以走行公里周期為主、時(shí)間周期為輔的模式。我國(guó)動(dòng)車(chē)組修程共分為五級(jí)，其中一、二級(jí)檢修為運(yùn)用檢修，三、四、五級(jí)檢修為高級(jí)檢修。

1.2動(dòng)車(chē)組現(xiàn)行維修體制存在的不足

（1）維修不足。簡(jiǎn)單地按照固定周期進(jìn)行維修已無(wú)法防止功能故障的發(fā)生。同時(shí)，由于設(shè)備的個(gè)體性差異實(shí)際存在，制定維修周期間隔時(shí)考慮的風(fēng)險(xiǎn)失效概率不可能覆蓋所有個(gè)體，所以計(jì)劃預(yù)防修體制必然存在維修不足的問(wèn)題。

（2）過(guò)度維修。由于安全性在動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修中占據(jù)著十分重要的位置，故動(dòng)車(chē)組設(shè)備維修間隔制定得偏于保守，以保證足夠低的失效概率。所以，對(duì)于大部分的動(dòng)車(chē)組部件來(lái)說(shuō)，在計(jì)劃預(yù)防修體制下，均存在一定程度的過(guò)度維修。過(guò)度維修會(huì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，主要包括引發(fā)次生災(zāi)害、造成資源浪費(fèi)和運(yùn)用效率低等問(wèn)題，對(duì)安全性而言，增加了安全隱患，對(duì)經(jīng)濟(jì)性而言，降低了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2現(xiàn)階段維修間隔研究主要方法簡(jiǎn)介

2.1應(yīng)用數(shù)學(xué)模型確定維修間隔

應(yīng)用數(shù)學(xué)模型確定預(yù)防維修的維修間隔存在諸多的應(yīng)用場(chǎng)景，如目視檢查、維護(hù)保養(yǎng)、定期拆修（報(bào)廢）等均存在不同的數(shù)學(xué)模型，但在使用數(shù)學(xué)模型確定維修間隔時(shí)，需要在項(xiàng)目的故障規(guī)律和設(shè)計(jì)指標(biāo)（如可靠性、經(jīng)濟(jì)性、安全性、可用度等）已知的前提下進(jìn)行，不同維修內(nèi)容在不同設(shè)計(jì)指標(biāo)下的數(shù)學(xué)模型較多，在此不一一列舉。

2.2應(yīng)用CBR方法確定維修間隔

應(yīng)用CBR方法確定維修間隔時(shí)，核心思想是在把相似的案例選擇出來(lái)之后（常用基于GNN的案例選擇方法），認(rèn)為目標(biāo)問(wèn)題和案例之間的相似就是問(wèn)題間隔值和案例間隔值之間的相似，因此解析屬性相似度公式就可以求出目標(biāo)問(wèn)題的間隔值，具體步驟如下。

（1）確定定量屬性的相似測(cè)量值s（αTi，αPi）

s（aTi，aPi）=1?aTi?aPiaTis（aiT，aiP）=1?aiT?aiPaiT（1）

式中，αTi，αPi分別表示目標(biāo)問(wèn)題T和案例P關(guān)于屬性i的屬性值。

（2）確定綜合相似度S（T，Pj）

S（T，Pj）=∑i=1nωis（aTi，aPi）S（T，Pj）=∑i=1nωis（aiT，aiP）（2）

式中，ω表示相似度閾值，用于調(diào)整選擇的案例數(shù)量。

（3）確定維修間隔I

I=1n∑j=1nIjIj=IPjS（T，Pj）{I=1n∑j=1nIjIj=IjPS（T，Pj）（3）

式中，Ij表示由第j個(gè)案例得出的間隔值；IPj表示第j個(gè)案例的間隔值。

在動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修領(lǐng)域，因相似案例的間隔值均是統(tǒng)一規(guī)定的且不同車(chē)型之間存在著巨大的差異，所以應(yīng)用CBR方法確定動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修間隔時(shí)不能科學(xué)地反映維修任務(wù)真實(shí)的維修間隔。

2.3基于MIDOT確定維修間隔

目前波音公司在787飛機(jī)維修大綱制訂中采用MIDOT（maintenanceintervaldeterminationandoptimizationtool）系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)服務(wù)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，輔助工作組完成維修大綱系統(tǒng)部分的維修間隔確定和優(yōu)化。

MIDOT使用航空公司運(yùn)營(yíng)服務(wù)中可靠性數(shù)據(jù)庫(kù)（ISDP）收集的數(shù)據(jù)，在確定組件維修任務(wù)的時(shí)間間隔時(shí)，通過(guò)可靠性分析，得到該組件故障率曲線，進(jìn)而得到有效的任務(wù)間隔。

波音公司的MIDOT方法在行業(yè)內(nèi)比較先進(jìn)，值得我們?nèi)W(xué)習(xí)和借鑒。但是，該方法關(guān)鍵參數(shù)是建立在波音原型機(jī)大量的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上的，且波音公司未對(duì)外公開(kāi)MIDOT方法的關(guān)鍵技術(shù)和具體方法，對(duì)于我國(guó)動(dòng)車(chē)組的運(yùn)用維修而言，缺少此類關(guān)鍵的參數(shù)數(shù)據(jù)。

3動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修間隔優(yōu)化方法

3.1動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修的主要維修方式

目前動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修主要以計(jì)劃預(yù)防修和事后維修為主，隨著動(dòng)車(chē)組車(chē)載信息感知網(wǎng)絡(luò)、車(chē)地通信技術(shù)以及先進(jìn)的診斷與預(yù)測(cè)等技術(shù)手段的不斷發(fā)展和運(yùn)用，未來(lái)逐步發(fā)展為“計(jì)劃預(yù)防修為主、視情維修輔助、事后維修補(bǔ)充”的維修方式。

3.2不同維修方式下的可靠度曲線

針對(duì)上述維修內(nèi)容，維修活動(dòng)對(duì)設(shè)備的可靠度會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，按不同的維修方式分，主要有如下4種。

（1）目視檢查、功能測(cè)試、性能檢測(cè)-不改變動(dòng)車(chē)組部件狀態(tài)的維修方式。對(duì)于目視檢查、功能測(cè)試以及性能檢測(cè)等維修活動(dòng)而言，部件的狀態(tài)不因維修活動(dòng)的進(jìn)行而改變。

（2）小故障處理-最小維修方式。在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，對(duì)其實(shí)施維修策略，令其恢復(fù)原有的功能，使設(shè)備在維修前后的可靠度保持一致即為最小維修，亦稱之為恢復(fù)如舊。最小維修方式是維修小故障的最佳方式。

（3）故障處理（部件更換）-完全維修方式。在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)實(shí)施維修來(lái)恢復(fù)設(shè)備的功能，維修后設(shè)備如同新出廠一樣，這種維修方式也稱為修復(fù)如新，對(duì)應(yīng)動(dòng)車(chē)組維修中的故障部件更換處理。

（4）維護(hù)保養(yǎng)-不完全維修方式。在設(shè)備性能下降或發(fā)生故障后對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修，經(jīng)過(guò)維修后，設(shè)備性能介于完全維修與最小維修之間。這種維修方式稱為不完全維修。實(shí)施不完全維修策略，可以有效提高設(shè)備的性能和可靠性。不完全維修后設(shè)備的可靠性低于完全維修，高于最小維修。

3.3動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修維修間隔優(yōu)化的策略

不同維修方式下的維修間隔優(yōu)化，應(yīng)采取不同的維修策略。

（1）目視檢查、功能測(cè)試、性能檢測(cè)等維修方式，或以最小維修方式進(jìn)行的小故障處理，因其維修活動(dòng)不改變動(dòng)車(chē)組部件狀態(tài)或恢復(fù)如舊，部件可靠度曲線可以反映部件的一般失效規(guī)律，對(duì)于此類部件的維修周期，適合使用基于可靠性理論的數(shù)學(xué)模型來(lái)確定維修間隔。

（2）對(duì)于部件更換的完全維修方式，在故障數(shù)據(jù)處理上可通過(guò)采用類似壽命試驗(yàn)的處理方法，同樣可以使用基于可靠性理論的數(shù)學(xué)模型來(lái)確定維修間隔。

（3）對(duì)于采用維護(hù)保養(yǎng)類不完全維修方式的部件，可靠度曲線的漂移存在一定的不確定性，很難評(píng)估維修活動(dòng)對(duì)部件可靠度的影響，對(duì)于此類部件，確定其科學(xué)的維修間隔應(yīng)當(dāng)基于全壽命試驗(yàn)（調(diào)查試驗(yàn)）來(lái)確定。

同樣，在處理動(dòng)車(chē)組某些故障模式的故障數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)（尤其對(duì)于部分關(guān)鍵部件），因部件較高的可靠性水平或由于保守的維修策略，實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中故障數(shù)據(jù)很少或者根本未發(fā)生過(guò)故障，對(duì)于此類部件，應(yīng)當(dāng)基于全壽命試驗(yàn)（調(diào)查試驗(yàn)）來(lái)確定。

（4）隨著動(dòng)車(chē)組狀態(tài)信息感知網(wǎng)絡(luò)的完善、高速車(chē)地通信技術(shù)以及診斷和預(yù)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)盡可能地對(duì)具備條件的部件，通過(guò)部件的狀態(tài)評(píng)估檢查潛在故障，以此采取措施預(yù)防功能故障，或者是避免功能性故障的后果，實(shí)現(xiàn)視情維修。

3.4確定動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修間隔優(yōu)化流程

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外航空、軌道交通領(lǐng)域主要的維修間隔理論的研究，以及對(duì)動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修的特點(diǎn)和維修間隔優(yōu)化策略的分析，本文總結(jié)出了一套確定動(dòng)車(chē)組運(yùn)用維修間隔優(yōu)化的流程。

結(jié)論

綜上所述，分析動(dòng)車(chē)組的常見(jiàn)故障對(duì)于進(jìn)一步提升動(dòng)車(chē)組的安全運(yùn)行，保證人們生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)我國(guó)交通軌道事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。其中側(cè)門(mén)故障作為動(dòng)車(chē)組故障的高頻故障，應(yīng)該提高重視，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，為今后的故障分析診斷提供有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]許辰.動(dòng)車(chē)組運(yùn)行故障受天氣因素影響的趨勢(shì)分析[J].鐵道機(jī)車(chē)與動(dòng)車(chē)，2018（04）：39-41+43.

[2]李繼業(yè).CRH_（5A）型動(dòng)車(chē)組主空壓機(jī)常見(jiàn)故障原因分析[J].鐵道機(jī)車(chē)與動(dòng)車(chē)，2018（04）：42-43.

[3]徐春華，牟明明.高速動(dòng)車(chē)組預(yù)防維修規(guī)程分析與優(yōu)化方法研究[J].中國(guó)鐵路，2018（04）：21-27.

[4]孫紹民.關(guān)于CRH380BG型動(dòng)車(chē)組壓力波超標(biāo)問(wèn)題分析及控制措施[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018（10）：37-38.

（作者單位：天津動(dòng)車(chē)客車(chē)段）