地鐵列車(chē)系統(tǒng)修維修策略*

程祖國(guó) 朱士友 蘇釗頤 李兆新 趙潤(rùn)生

(1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院,201804，上海；2.廣州地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)事業(yè)總部,510030，廣州//第一作者，高級(jí)工程師)

地鐵列車(chē)的維護(hù)維修間隔期應(yīng)隨列車(chē)實(shí)際狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化，使維修既不欠量而導(dǎo)致故障呈現(xiàn)，又不過(guò)量而浪費(fèi)列車(chē)維護(hù)資源。為了最大量地投運(yùn)列車(chē)，充分發(fā)揮國(guó)有資產(chǎn)的動(dòng)能，許多地鐵運(yùn)營(yíng)企業(yè)想方設(shè)法減少列車(chē)的維護(hù)維修停庫(kù)時(shí)間，合理切割作業(yè)深度，大膽探索新維修策略。其中，廣州地鐵集團(tuán)有限公司首創(chuàng)了地鐵列車(chē)系統(tǒng)修維修策略。

1 系統(tǒng)修維修策略

1.1 系統(tǒng)修維修策略定義

系統(tǒng)修以支撐地鐵運(yùn)營(yíng)的裝備群的列車(chē)為核心對(duì)象，在可靠性理論指導(dǎo)下，采用信息實(shí)時(shí)采集、安全傳輸及應(yīng)用解析等新技術(shù)，監(jiān)測(cè)、檢測(cè)列車(chē)狀態(tài)群的評(píng)估及統(tǒng)計(jì)結(jié)果，構(gòu)建列車(chē)全服役期階段服役性能約束指標(biāo)，優(yōu)化并動(dòng)態(tài)重組列車(chē)維修手冊(cè)及維修建議書(shū)方案，充分利用列車(chē)全服役期的窗口時(shí)間，科學(xué)地對(duì)列車(chē)及列車(chē)最小可更換單元進(jìn)行綜合維護(hù)維修，以保障列車(chē)服役性能約束指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。列車(chē)各最小可更換單元的維護(hù)維修規(guī)則、工藝等可作為系統(tǒng)修的維護(hù)維修規(guī)程。維護(hù)維修規(guī)程集則構(gòu)成列車(chē)系統(tǒng)修維修策略。

1.2 系統(tǒng)修維修策略要素

系統(tǒng)修維修策略維度由10要素構(gòu)成。

(1) 維修對(duì)象：以列車(chē)為核心對(duì)象。列車(chē)運(yùn)行需耦合的城市軌道交通其它裝備亦在考慮范圍內(nèi)。

(2) 維修深度：維修深度可達(dá)列車(chē)全系統(tǒng)各微單元(在線(xiàn)可更換單元)。維護(hù)維修列車(chē)一般可分解成車(chē)型、車(chē)輛系統(tǒng)、系統(tǒng)部件及部件在線(xiàn)可更換單元等四級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。若在線(xiàn)可更換單元(如電控板卡類(lèi))在車(chē)間進(jìn)一步維修，則拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)深達(dá)五級(jí)，覆蓋了各最小單元。

(3) 維修指導(dǎo)理論：系統(tǒng)修以可靠性理論為指導(dǎo)。理論依據(jù)包括列車(chē)維修手冊(cè)及維修建議書(shū)等。列車(chē)的許多在線(xiàn)可更換單元的故障分布規(guī)律及壽命特征在交付用戶(hù)前沒(méi)有嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確的描述，列車(chē)運(yùn)行是可靠性識(shí)別試驗(yàn)的延展。在可靠性理論指導(dǎo)下統(tǒng)計(jì)識(shí)別列車(chē)各級(jí)構(gòu)成的故障特征，支撐維修周期走向精準(zhǔn)。

(4) 維修技術(shù)：即科學(xué)手段。系統(tǒng)修的維修方法、維修工具、維修工藝等維修技術(shù)會(huì)隨著相應(yīng)工程技術(shù)的進(jìn)步不斷更新。隨著維修技術(shù)的進(jìn)步，微單元維修因?qū)S修工裝及維修環(huán)境等要求較高，可到線(xiàn)外實(shí)施。

(5) 維修間隔期：維修間隔期根據(jù)對(duì)列車(chē)群各級(jí)構(gòu)成的壽命分布規(guī)律、檢修、故障修等信息經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析、優(yōu)化形成，是動(dòng)態(tài)的。維修間隔期相對(duì)穩(wěn)定的微單元固定在每年的某個(gè)月份實(shí)施維修，被整合為“固定包”；維修間隔期不穩(wěn)定的微單元，被整合、離散成“可變包”。有些微單元的維修周期不是1 a，則該微單元的維修今年在某組，明年會(huì)在另一組，或過(guò)幾年才需維修一次，也被視為“可變包”。故障修也被視為“可變包”?！翱勺儼迸c周期離散值相同或略小的“固定包”一起實(shí)施。 周期離散值略小指允許適度提前維修，以避免欠修，減少因維修不及時(shí)而出現(xiàn)故障。無(wú)論微單元的故障特征怎樣，應(yīng)都能得到及時(shí)維修。

(6) 維修評(píng)價(jià)度量：維修評(píng)價(jià)以列車(chē)服役性能約束指標(biāo)來(lái)度量。列車(chē)服役性能約束指標(biāo)族主要指維修后故障率及維修工時(shí)數(shù)等維修質(zhì)量技術(shù)評(píng)估維度。列車(chē)服役履歷記錄系統(tǒng)詳細(xì)記錄維修作業(yè)情況。如維修后故障率明顯偏離該件固有故障特性，則表明此次維修質(zhì)量欠佳。維修工時(shí)數(shù)表征了維修總量。企業(yè)管理者結(jié)合系統(tǒng)修實(shí)施前的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)能接受的運(yùn)營(yíng)故障綜合成本(包括社會(huì)成本)，定期調(diào)整下階段允許的維修工時(shí)總數(shù)，從而促進(jìn)維修水平的不斷提升。

(7) 維修作業(yè)觸發(fā)：維修觸發(fā)源自列車(chē)狀態(tài)檢測(cè)、列車(chē)群系統(tǒng)狀態(tài)評(píng)估結(jié)果及經(jīng)驗(yàn)值。故障也可觸發(fā)維修作業(yè)。所觸發(fā)的維修作業(yè)含預(yù)防性維護(hù)維修和故障修。

(8) 維修作業(yè)時(shí)長(zhǎng)：維修應(yīng)充分利用窗口期。受列車(chē)數(shù)量、季節(jié)及社會(huì)活動(dòng)等因素的影響，每天的地鐵運(yùn)營(yíng)窗口大小不一，故維修作業(yè)需依靠先進(jìn)的調(diào)度技術(shù)支撐。若“可變包”、“固定包”作業(yè)累計(jì)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)當(dāng)下窗口大小，則由調(diào)度依據(jù)技術(shù)管理?xiàng)l例進(jìn)行協(xié)調(diào)。

(9) 維修作業(yè)地點(diǎn)：在列車(chē)窗口期停車(chē)所(停車(chē)場(chǎng)或大修廠(chǎng))作業(yè)。這預(yù)示著原計(jì)劃修修程中的架修、大修作業(yè)場(chǎng)所將與列車(chē)窗口期停車(chē)所統(tǒng)一使用。

(10) 維修策略有效期：維修策略有效期覆蓋列車(chē)全服役期，即從列車(chē)全服役期考慮列車(chē)各微單元的維護(hù)維修。原架修、大修的眾作業(yè)對(duì)象不必再集中在一起，而是被“可變包”及“固定包”分化。維修策略還可指導(dǎo)新車(chē)采購(gòu)。從這層意義上講，維修策略覆蓋了列車(chē)的全生命周期。

系統(tǒng)修維修策略?xún)?nèi)涵豐富，其維度多達(dá)10階，可用于各種類(lèi)型列車(chē)。借助信息采集及傳導(dǎo)技術(shù)，系統(tǒng)修維修策略可覆蓋列車(chē)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)全部級(jí)別。

2 系統(tǒng)修維修策略與現(xiàn)行其它維修策略比較

系統(tǒng)修維修策略的核心是對(duì)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行維護(hù)維修，使其符合使用需求。

2.1 地鐵列車(chē)現(xiàn)行維修策略

國(guó)內(nèi)地鐵開(kāi)通早期，列車(chē)維修策略主要借鑒傳統(tǒng)干線(xiàn)鐵路方式。地鐵的運(yùn)行方式及載荷特征與干線(xiàn)鐵路有較大差異，地鐵列車(chē)的故障模式、損耗方式、損傷部位、損壞程度及損毀率等也同干線(xiàn)鐵路動(dòng)車(chē)組及高速列車(chē)不盡相同。為此，上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)早在2004年就啟動(dòng)了地鐵列車(chē)均衡修維修策略研究。隨后，又有一些地鐵運(yùn)營(yíng)企業(yè)提出了不同于傳統(tǒng)干線(xiàn)鐵路的列車(chē)維修策略，如全效修策略、精益(維)修策略、系統(tǒng)修維修策略(其維修作業(yè)觸發(fā)量有列車(chē)運(yùn)營(yíng)日歷時(shí)間及列車(chē)運(yùn)行里程之別)等。為使列車(chē)，以及車(chē)輛各單元及部件能在最合理的時(shí)間內(nèi)得到相應(yīng)修程的維修，各維修策略在具體實(shí)施時(shí)又會(huì)發(fā)生變化。

常見(jiàn)的維修策略核心內(nèi)容如下：

(1) 均衡修：把車(chē)輛的原周檢、月檢和扣車(chē)定修規(guī)程統(tǒng)籌整合、分解。分解后的維修作業(yè)量符合列車(chē)窗口時(shí)間。分解時(shí)，依據(jù)可靠性理論，結(jié)合零部件的故障間隔時(shí)間特點(diǎn)，從而確定修程周期。分解后的作業(yè)集合相對(duì)穩(wěn)定，變動(dòng)量小。

(2) 全效修：列車(chē)的年度維護(hù)總量不變，將原計(jì)劃修的作業(yè)內(nèi)容(如雙周檢，三月檢，定修等) 按月度均分，充分利用車(chē)輛運(yùn)營(yíng)高峰回庫(kù)的窗口時(shí)間完成維修作業(yè)。均分時(shí)還以?xún)r(jià)值工程理論為指導(dǎo)，利用AHP(層次分析法)從人、機(jī)、物、法、環(huán)等功能層面構(gòu)建基于價(jià)值工程的評(píng)估體系與模型，使全效修在實(shí)施過(guò)程中的功能回復(fù)與成本投入匹配度良好。

(3) 精益(維)修：精益(維)修強(qiáng)調(diào)精益思想——突出維修人員在維修活動(dòng)中的主導(dǎo)作用，并將其定位為維修企業(yè)最具價(jià)值的資產(chǎn)。在地鐵列車(chē)均衡修策略的基礎(chǔ)上，增加企業(yè)管理要素(如物流、生產(chǎn)、維修人員和維修過(guò)程等)，發(fā)現(xiàn)和消除維修過(guò)程中的各種“浪費(fèi)”，從而創(chuàng)造更多的維修“價(jià)值”。

可見(jiàn)均衡修、全效修、精益(維)修及系統(tǒng)修等策略仍以預(yù)防修為核心，強(qiáng)調(diào)利用列車(chē)運(yùn)營(yíng)窗口時(shí)段進(jìn)行維護(hù)維修。其中，均衡修、全效修及精益(維)修仍保留架修及大修修程；而在系統(tǒng)修中，架修及大修已被分化。從列車(chē)全生命周期的全服役期維修性來(lái)看，結(jié)合狀態(tài)、并預(yù)測(cè)可靠性實(shí)態(tài)來(lái)進(jìn)行維修的系統(tǒng)修策略是全新的維修策略。

2.2 系統(tǒng)修策略與均衡修策略

系統(tǒng)策略修與均衡修策略有不少相同處：用可靠性理論指導(dǎo)，充分利用運(yùn)營(yíng)窗口時(shí)段進(jìn)行維修作業(yè)，保留巡檢取消定修修程，每月進(jìn)行特定內(nèi)容的檢修，等等。

系統(tǒng)修策略與均衡修的維修策略的不同之處主要有：系統(tǒng)修維度定義了10個(gè)要素，均衡修沒(méi)有作出如此周全的定義；系統(tǒng)修取消了架修及大修，均衡修仍保留；系統(tǒng)修每年對(duì)應(yīng)月的作業(yè)內(nèi)容會(huì)調(diào)整，均衡修相對(duì)穩(wěn)定；系統(tǒng)修覆蓋全服役期，均衡修僅覆蓋1 a。

2.3 系統(tǒng)修策略與全效修策略

系統(tǒng)修策略與全效修維修策略都有完整理論的指導(dǎo)，都充分利用窗口時(shí)間，都保留巡檢、取消定修。二者不同之處在于：系統(tǒng)修指導(dǎo)理論集中在維修技術(shù)與技術(shù)經(jīng)濟(jì)性層面，全效修還強(qiáng)調(diào)了成本管理；系統(tǒng)修取消了架修及大修，全效修仍保留；系統(tǒng)修每年對(duì)應(yīng)月的作業(yè)內(nèi)容會(huì)調(diào)整、對(duì)列車(chē)故障特性變化敏捷響應(yīng)，全效修相對(duì)穩(wěn)定；系統(tǒng)修覆蓋全服役期每年不同，全效修則覆蓋1 a，周而復(fù)始。

2.4 系統(tǒng)修策略與精益(維)修策略

精益修策略脫胎于均衡修策略及全效修策略，突出了精細(xì)化管理經(jīng)營(yíng)的理念。系統(tǒng)修與精益修的異同點(diǎn)同系統(tǒng)修與均衡修的異同點(diǎn)相似。相對(duì)精益修，系統(tǒng)修僅強(qiáng)調(diào)了維修技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，缺乏全面經(jīng)營(yíng)理念族維度。

2.5 系統(tǒng)修策略相對(duì)各維修策略的綜合特色

結(jié)合城市軌道交通設(shè)施設(shè)備維修支撐理論的研究比較，地鐵列車(chē)系統(tǒng)修策略是具有特色的全新維修策略，具有以下特點(diǎn)：

(1) 系統(tǒng)修利用國(guó)家863項(xiàng)目最新研究成果產(chǎn)業(yè)化的先進(jìn)手段，嵌入式地智能化監(jiān)測(cè)地鐵列車(chē)狀態(tài)族信息群，并將之實(shí)時(shí)傳輸?shù)椒治鲋行摹?duì)列車(chē)狀態(tài)的把握能做到實(shí)時(shí)快捷。

(2) 系統(tǒng)修具有較完整的前瞻性的維修決策支撐軟件平臺(tái)。系統(tǒng)修能根據(jù)分析優(yōu)化結(jié)果，動(dòng)態(tài)組合修程的“可變包”；使維修工作在列車(chē)單元 “需要”時(shí)進(jìn)行，避免了定周期維修的周期“一刀切”帶來(lái)的欠修及過(guò)修；要求維修管理者對(duì)列車(chē)狀態(tài)的細(xì)微變化敏銳發(fā)覺(jué)并響應(yīng)。

(3) 系統(tǒng)修弱化了架修及大修概念，能避免列車(chē)較長(zhǎng)時(shí)間的庫(kù)停，可減少本線(xiàn)列車(chē)配車(chē)數(shù)，在指導(dǎo)新線(xiàn)建設(shè)時(shí)能降低一次性成本投入。

(4) 系統(tǒng)修覆蓋全服役期，能策劃微單元的維護(hù)維修，全壽命周期成本有望降到最合理程度。

3 系統(tǒng)修維修策略典型維度指標(biāo)

3.1 維修間隔期

系統(tǒng)修維修策略的可靠性理論分析軟件平臺(tái)提供了多種維修間隔期統(tǒng)計(jì)分析方法。維修間隔期根據(jù)故障間隔期來(lái)確定。如列車(chē)車(chē)門(mén)的系統(tǒng)修維修間隔期，可按線(xiàn)網(wǎng)來(lái)統(tǒng)計(jì)對(duì)比各線(xiàn)的車(chē)門(mén)故障間隔期，可按車(chē)型來(lái)統(tǒng)計(jì)對(duì)比各型車(chē)的車(chē)門(mén)故障間隔期，可按門(mén)類(lèi)型來(lái)統(tǒng)計(jì)對(duì)比各型車(chē)門(mén)的故障間隔期，還可綜合統(tǒng)計(jì)分析單門(mén)故障間隔期。如目的不同，則分析計(jì)算不同。

以按線(xiàn)網(wǎng)綜合統(tǒng)計(jì)為例，列車(chē)某類(lèi)故障的平均故障間隔時(shí)間tMTBF定義為：

(1)

式中：

tijm——第i線(xiàn)第j車(chē)第m個(gè)分析對(duì)象某類(lèi)故障的故障時(shí)刻，無(wú)故障時(shí)以觀(guān)察期結(jié)束時(shí)刻代替；

tijm-1——第i線(xiàn)第j車(chē)第m個(gè)分析對(duì)象某類(lèi)故障的上次故障時(shí)刻，其初始值為觀(guān)察期開(kāi)始時(shí)刻；

Nijm——觀(guān)察期第i線(xiàn)第j車(chē)第m個(gè)分析對(duì)象的該類(lèi)故障數(shù);

Dj——第j車(chē)的分析對(duì)象總數(shù);

Ti——第i線(xiàn)的列車(chē)總數(shù)；

Ln——線(xiàn)網(wǎng)中的線(xiàn)路數(shù)。

為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，分析中的觀(guān)察期定為1 a，且僅考慮1條線(xiàn)的1種型號(hào)列車(chē)。以廣州地鐵8號(hào)線(xiàn)列車(chē)為例進(jìn)行計(jì)算，其相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)自文獻(xiàn)[1]。結(jié)合式(1)計(jì)算，可得車(chē)門(mén)故障與貫通道故障的tMTBF,如表1所示。

表1 某車(chē)2013—2015年度車(chē)門(mén)故障及貫通道故障情況

通過(guò)對(duì)列車(chē)分析單元(車(chē)門(mén)、貫通道)一段時(shí)間的tMTBF統(tǒng)計(jì)分析，即可優(yōu)化、整合得出該單元的維修間隔期，進(jìn)而修正其維修周期等規(guī)程參數(shù)，形成該單元新的維修規(guī)程，以便合理觸發(fā)對(duì)該單元的維修。

3.2 維修評(píng)價(jià)度量

維修評(píng)價(jià)度量屬于服役列車(chē)的性能約束指標(biāo)，由維修后效質(zhì)量評(píng)價(jià)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)、經(jīng)營(yíng)管理考核等維度指標(biāo)構(gòu)成。維修后效質(zhì)量包括檢修檢出故障數(shù)、列車(chē)質(zhì)量得分等細(xì)化指標(biāo)。廣州地鐵8號(hào)線(xiàn)的檢修檢出故障數(shù)及列車(chē)質(zhì)量得分見(jiàn)圖1～2。

圖1 檢修檢出故障數(shù)對(duì)比

圖2 列車(chē)質(zhì)量得分對(duì)比

2014年5月某線(xiàn)開(kāi)始試行系統(tǒng)修。經(jīng)檢修發(fā)現(xiàn)，實(shí)行系統(tǒng)修后，該年度各類(lèi)故障隱患2 065處，較上年減少17.8%；列車(chē)質(zhì)量得分為0.954，較上年提升2.7%。可見(jiàn)，實(shí)行系統(tǒng)修后，列車(chē)維修評(píng)價(jià)度量維度的考核指標(biāo)在逐步提升。

4 結(jié) 語(yǔ)

廣州地鐵集團(tuán)有限公司首創(chuàng)的系統(tǒng)修維修策略系統(tǒng)地定義了維修策略的維修對(duì)象、維修深度、維修指導(dǎo)理論、維修技術(shù)、維修作業(yè)地點(diǎn)、維修策略有效期、維修間隔期、維修評(píng)價(jià)度量、維修作業(yè)觸發(fā)、維修作業(yè)時(shí)長(zhǎng)等維度內(nèi)涵。這表明創(chuàng)新性的系統(tǒng)修維修策略可對(duì)列車(chē)實(shí)施精準(zhǔn)維修，有望使列車(chē)最大限度地處于健康狀態(tài)。