基于狀態(tài)檢測的城市軌道交通車輛全服役期系統(tǒng)性維修研究*

李兆新 張海強 鐘 璇

(1.華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院，510641，廣州；2.廣州地鐵集團有限公司運營事業(yè)總部，510330，廣州//第一作者，高級工程師)

車輛是城市軌道交通系統(tǒng)中最關(guān)鍵和最復(fù)雜的設(shè)備，涉及機械、電氣、控制、材料、計算機等多個專業(yè)。車輛維修主要是對壽命周期不一的各子系統(tǒng)進行檢測、維修和維護，使其保持良好的狀態(tài)，從而為乘客提供安全、可靠、高品質(zhì)的出行服務(wù)。

1 城市軌道交通車輛現(xiàn)行維修制式

車輛檢修是為了保持和恢復(fù)車輛完成城市軌道交通運營規(guī)定的功能而采取的技術(shù)活動，包括維護保養(yǎng)和檢查修理。車輛維修在長期實踐中形成了定期維修(計劃維修)、狀態(tài)維修和事后維修3種制式。在車輛維修制度中，3種維修制式可以根據(jù)具體情況配合選用。對故障發(fā)生與工作時間(里程、次數(shù))有密切關(guān)系且無法檢測的零部件，通常采用定期維修制式；對故障發(fā)生能以參數(shù)或標準進行狀態(tài)檢查的零部件，則可采用狀態(tài)維修制式；對故障發(fā)生不危及安全，且通過連續(xù)檢測可以在故障發(fā)生后進行維修的零部件，一般采用事后維修制式。

定期維修按維修間隔期可分為大修、架修、年檢、半年檢、月檢、日檢等制式，按維修作業(yè)耗時可分為窗口修、均衡修(分散修)、全效修等制式。還有一種全新的列車維修制式，被廣州地鐵定義為系統(tǒng)修,即：從部件功能狀態(tài)監(jiān)測及可靠性評估出發(fā)，結(jié)合其服役期內(nèi)故障表現(xiàn)，適當參考工作時間，使車輛各子系統(tǒng)及車輛綜合故障率和可靠性控制在運營許可范圍內(nèi)的維修。

1.1 按維修間隔期限定義的維修制式

維修制式主要指大修、架修、年檢、半年檢、月檢及日檢。日檢：對與行車安全相關(guān)的部件，在運營結(jié)束后進行車輛外觀檢查和有電功能檢查。月檢：對與行車安全相關(guān)及關(guān)鍵系統(tǒng)部件進行細化功能檢查與維護。半年檢：對車輛主要部件及子系統(tǒng)進行清潔、檢測及數(shù)據(jù)測量等。年檢：對車輛各子系統(tǒng)進行全面的狀態(tài)檢查、檢測和功能調(diào)整,各部件全面檢查、清潔、潤滑，以及全面調(diào)試。架修：對主要部件進行解體和全面檢修，更換磨耗件和工作壽命到期的零部件，對車輛各系統(tǒng)進行全面檢測及調(diào)試，其目的是恢復(fù)車輛的性能。大修：是在架修的基礎(chǔ)上對整列車進行分解、檢查、修復(fù)，進行全面清洗、密封檢測、翻新，結(jié)合技術(shù)改造對部分子系統(tǒng)進行全面地升級或更換，對各子系統(tǒng)進行全面地檢測、調(diào)試及試驗，其目的是全面恢復(fù)車輛的性能，是實現(xiàn)車輛在設(shè)計壽命周期內(nèi)保持性能穩(wěn)定的重要維修形式。

1.2 按維修作業(yè)耗時定義的維修制式

主要指窗口修、均衡修及全效修等。

香港地鐵很早就采用三線維修制式：一線維修(又稱窗口修)主要以系統(tǒng)檢查和清潔為主;二線維修類似于架修及大修，進行部件的深層次拆解檢修;三線維修是對車輛組件的維修，是對二線維修更換下來的組件進行維護和修理，也可以理解為部件維修。一線維修是將傳統(tǒng)意義上的定檢結(jié)合車輛的走行公里數(shù)，經(jīng)過優(yōu)化整合分為若干塊(H檢、L檢、S檢)，且適合于在列車停運時間完成的維修制式。一線維修一直循環(huán)至列車運行3.25 a才開始二線維修(D0、D1、D2、D3、D4等)。香港地鐵一線、二線維修制式如表1和圖1所示。

表1 香港地鐵一線維修制式

圖1 香港地鐵全服役期一、二線維修時間示意圖

上海地鐵2004年提出了均衡修概念。均衡修是指以運營列車的高低峰窗口期為時長，將傳統(tǒng)計劃修的作業(yè)內(nèi)容(如雙周檢、3個月檢、定修等)劃分為對應(yīng)12個月度的、工作量相對平均的12種修程，是利用車輛運營高峰回庫的窗口時間完成維修作業(yè)的一種維修制式。

南京地鐵2008年提出了全效修概念。全效修是指列車的年度維護總量不變，將原本傳統(tǒng)計劃修的作業(yè)內(nèi)容(如雙周檢、3個月檢，定修等)劃分為若干修程(南京地鐵分為12個全效修程)，使原本集中檢修的模式轉(zhuǎn)換為按月度均分，并充分利用車輛運營高峰回庫的窗口時間來完成維修作業(yè)的一種維修制式。全效修的模塊化不僅僅是處理復(fù)雜維修的一種直觀簡化方法，而且是以子系統(tǒng)、子模塊為基礎(chǔ)，在對一定范圍內(nèi)的維修及管理內(nèi)容進行分析，劃分并設(shè)計出一系列涵蓋全部維修內(nèi)容和維修管理環(huán)節(jié)的通用模塊，并綜合考慮各個模塊之間的關(guān)聯(lián)性以及模塊本身的維修特性及維修條件要求，以追求各個維修規(guī)程的維修模塊所需要的維修工器具、備品備件材料、維修作業(yè)人力資源、相關(guān)制度規(guī)范等維修效益最佳的一種方法。

窗口修、均衡修、全效修等維修制式的實質(zhì)是充分利用列車庫停時間對車輛進行維護和維修，其目的是減少列車備車數(shù)、提升列車投運率。

2 廣州地鐵車輛維修制式

廣州地鐵借鑒香港地鐵、上海地鐵、南京地鐵的車輛檢修模式，采用了對車輛實施均衡修和定期檢修相結(jié)合的維修制式,并且結(jié)合自身特點對修程進行了優(yōu)化。試行一段時間后,發(fā)現(xiàn)架修和大修級的定期維修以及日常均衡修的分工不太合理，會造成一定的浪費，且由于現(xiàn)行架修和大修存在跨部門及跨地域因素，沒有針對列車全壽命周期特點進行維修管理，致使列車維修履歷即維修數(shù)據(jù)管理鏈存在中斷。

對車輛維修前后的狀態(tài)檢測、監(jiān)控信息及評估分析后發(fā)現(xiàn)，均衡修和定期修存在不同程度的欠修或過修等情況，架修和大修的列車在質(zhì)保期內(nèi)正線延誤2 min以上的故障時有發(fā)生。分析還發(fā)現(xiàn)架修和大修級的定期維修其部分內(nèi)容可以分系統(tǒng)、分部件通過一線運營檢修車間短時扣車(列車仍然可以運營)的方式進行維修或部件替換，由此可進一步提高架修和大修的運轉(zhuǎn)效率，提高列車周轉(zhuǎn)率和可用率，降低綜合維修成本。因此,研究以運營服務(wù)為中心，面向全服役期的車輛系統(tǒng)性維修制式被提出來。

3 車輛全服役期的系統(tǒng)性維修制式

大修、架修、年檢、半年檢、月檢等修制是根據(jù)車輛供貨商提出的維護、維修建議而制定的。窗口修、均衡修、全效修等修制則強調(diào)充分利用列車庫停時間。列車實際載荷與名義載荷存在差異，列車全服役期的前期與中后期載荷也有差異，列車供貨商建議的修制或維修周期,實際蘊含修正的空間。庫停列車數(shù)亦非定數(shù)，唯運營列車的故障率及系統(tǒng)部件劣化是現(xiàn)實存在的。由此，廣州地鐵以服務(wù)運營為中心，提出面向并結(jié)合實際狀態(tài)的車輛全服役期系統(tǒng)性維修(以下簡為“系統(tǒng)修”)制式。

3.1 利用檢修窗差異化維修

城市軌道交通工作日的早晚客流高峰較為顯著，其運營計劃中一般會根據(jù)客流的高、平、低峰來安排不同數(shù)量的列車上線(見圖2)。線路列車配數(shù)確定時,客流高、平、低峰時段有不同數(shù)量的列車停庫，此時的庫停列車可用于檢修(檢修窗)。如備用車很少或沒有，列車維修因時間短而不可能實現(xiàn)，因此，提出區(qū)分系統(tǒng)及部件、區(qū)別車況、個性化及差異化的車輛維修模式。合理地利用檢修窗,使車輛的拆解、維修、組合、試車等作業(yè)成為可能。

注：陰影部分為列車停用回庫時間(檢修窗)

圖2 車輛檢修窗示意圖

3.2 全服役期系統(tǒng)修優(yōu)化

為在全服役期中充分控制列車故障率，廣州地鐵對脫胎于均衡修和全效修的系統(tǒng)修開展進一步優(yōu)化，優(yōu)化步驟和內(nèi)容如下(見圖3)。

(1)原定5份修程中，單列車全年需要檢修窗口時間18個。所需檢修窗口個數(shù)相對較多，一定程度上加大了調(diào)度高峰時段回庫列車的難度及工作強度。部分修程檢修工時過長，較難保證在有效的窗口時間完成相應(yīng)的檢修作業(yè)。優(yōu)化后變?yōu)?2份修程，12個窗口時間，提高了維修效率。

(2)由于不同季節(jié)檢修作業(yè)強度存在較大差異，給生產(chǎn)作業(yè)安排帶來了不便。通過對車輛相關(guān)部件的可靠性分析，掌握零部件的故障周期，合理設(shè)置檢修周期及檢修時間。

(3)12份檢修規(guī)程兼顧了原有的架修和大修修程。結(jié)合車輛全服役期維修管理，進一步優(yōu)化檢修、架修及大修規(guī)程，回歸以車輛為核心的全服役期維修，使列車履歷及故障數(shù)據(jù)管理鏈趨于完整。

圖3 車輛系統(tǒng)修修制優(yōu)化

3.3 系統(tǒng)修內(nèi)容組合動態(tài)化

12份系統(tǒng)修規(guī)程內(nèi)容由表征“每月必檢查項目”和“周期檢查項目”的“固定包”與“可變包”組成。這里的周期檢查部分是“固定包”，動態(tài)的“可變包”通過對列車狀態(tài)監(jiān)測、可靠性分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及部件物理狀態(tài)評估決定。單列車全年檢修的12份系統(tǒng)修內(nèi)容不同，下一年度同一月份實施的系統(tǒng)修也可能與上一年度不同。

3.4 并行式大數(shù)據(jù)平臺利用

廣州地鐵利用原國家“863”計劃項目“城軌列車在途監(jiān)測與安全預(yù)警系統(tǒng)”中的相關(guān)維保系統(tǒng)軟件平臺，以及正在組建的國家工程實驗室運維一體化平臺，初步建立了包括列車在內(nèi)的運營系統(tǒng)軟硬件全要素大數(shù)據(jù)平臺。列車故障率實時報告，系統(tǒng)修效應(yīng)被隨時分析，“固定包”按計劃調(diào)整，“可變包”根據(jù)狀態(tài)評估結(jié)果及時調(diào)整，由此組成完整的系統(tǒng)修修制。

4 廣州地鐵車輛系統(tǒng)修修制的實施

在完成12份系統(tǒng)修規(guī)程、流程、工藝編制后，廣州地鐵2014年5月開始實行系統(tǒng)修。2013、2014、2015年的相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析表明，車輛故障隱患檢出率提高21%，車輛設(shè)備質(zhì)量得分提高3.7%，正線故障減少9.6%(見圖4、圖5、圖6)。

圖4 廣州地鐵2013、2014、2015年庫內(nèi)檢修發(fā)現(xiàn)的車輛故障情況對比

圖5 廣州地鐵2013、2014、2015年車輛設(shè)備質(zhì)量得分情況對比

圖6 廣州地鐵2013、2014、2015年列車正線故障情況對比

系統(tǒng)修修制試行后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)修應(yīng)基于車輛全服役期維修管理，破除現(xiàn)行短周期檢修、長周期架修/大修間由于跨部門或跨區(qū)域?qū)е碌耐卉囕v維修數(shù)據(jù)鏈斷裂，列車維修履歷數(shù)據(jù)庫應(yīng)實現(xiàn)跨部門、跨區(qū)域共享，應(yīng)不斷分析車輛及其系統(tǒng)狀態(tài)，形成個性化、差異化系統(tǒng)修策略。

5 結(jié)語

為適應(yīng)城市軌道交通的快速發(fā)展，滿足旅客對城市軌道交通安全、快捷、舒適、低成本的服務(wù)需求，廣州地鐵將對各線路列車全面實施系統(tǒng)修，并根據(jù)車型及線路特點不斷進行優(yōu)化，同時探討向供電、信號、線路等設(shè)備推廣的可行性。