基于RCM的25Hz軌道電路維修策略研究

梁哲華 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州電務(wù)段

RCM是基于功能和故障、后果與嚴(yán)重程度因素進(jìn)行的可靠性狀況分析后實(shí)施的維修模式，是一種維修的理念和維修的策略，其應(yīng)用的邏輯判斷方法是既要保證設(shè)備的安全運(yùn)營(yíng)，同時(shí)又要以最小的維修資源消耗作投入。軌道電路是實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)設(shè)備，而其中25 Hz軌道電路在鐵路范圍的應(yīng)用非常廣泛，而軌道變壓器是25 Hz軌道電路系統(tǒng)中至關(guān)重要的功能結(jié)構(gòu)，因此本文舉例25 Hz軌道電路系統(tǒng)中變壓器發(fā)生故障時(shí)研究維修策略的選擇及運(yùn)用，以幫助電務(wù)現(xiàn)場(chǎng)分析維修策略的選擇及優(yōu)化。

1 維修策略概況

綜合現(xiàn)行鐵路各種維修策略的適用條件、適用范圍的基礎(chǔ)上，提出三類維修策略的分類：（1）復(fù)原性維修，主要指故障維修方式。（2）主動(dòng)性維修，主要包含定期輪修及視情維修。（3）改善性維修，主要包括設(shè)備重新設(shè)計(jì)改造及技術(shù)方案改進(jìn)。

2 制定維修策略

維修策略的制定需要對(duì)系統(tǒng)的故障影響及危害性進(jìn)行梳理，采用邏輯綜合決斷法和模糊矩陣法相結(jié)合，去對(duì)軌道電路故障進(jìn)行去定性和定量的分析，最后選擇最合理的維修策略。

2.1 邏輯綜合決斷法

邏輯綜合決斷法以RCM思想為理論基礎(chǔ)，把設(shè)備分類后,根據(jù)決策目標(biāo)的要求，就設(shè)備性能指標(biāo)提出一系列邏輯問題，根據(jù)答案決定建議實(shí)施的維修方式。邏輯綜合決斷法主要是一種定性分析方法，結(jié)合實(shí)際及維修流程判定邏輯制定流程圖1。

圖1 維修策略邏輯判斷流程圖

2.2 模糊綜合評(píng)判法

模糊綜合評(píng)判法指的是認(rèn)為設(shè)備特征參數(shù)與維修方式之間存在著模糊關(guān)系：B=A?R（其中B為維修方式的模糊集合，A為設(shè)備特征參數(shù)模糊集合，R為識(shí)別矩陣，?為模糊算子）。模糊綜合評(píng)定法克服了邏輯綜合決斷法只能定性進(jìn)行維修決策的缺點(diǎn),能定量地進(jìn)行維修決策，能夠反映問題的本質(zhì)。

2.2.1 性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

主要從安全性、可靠性、維修性、經(jīng)濟(jì)性和可檢測(cè)性這幾個(gè)方面進(jìn)行性能評(píng)價(jià)。

2.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化

經(jīng)過分析本文列出了25 Hz軌道電路維修策略的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)這些指標(biāo)需要引入模糊數(shù)來(lái)量化，將上面權(quán)重比例放在[0,1]區(qū)間上，指標(biāo)重要程度越高，它相應(yīng)模糊數(shù)越接近于1，重要程度越低，則越接近于0。經(jīng)過研究各子評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)先級(jí)，將子評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化見表1。

表1 維修方式評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重分配表

2.2.3 權(quán)重向量的確定

考慮到各個(gè)總評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)不同維修方式來(lái)說意義、重要程度不同，確定一個(gè)具體值也沒有意義，因此這一級(jí)按照邏輯判斷流程進(jìn)行決策。

2.2.4 模糊判斷矩陣法分析

通過數(shù)學(xué)模型得到維修方式的集合子評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)集，首先要確認(rèn)對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量分配Ai={ai1,ai2,……ain},子評(píng)價(jià)值可以由表1權(quán)重比例得到。

其次通過將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)集合劃分為5檔風(fēng)險(xiǎn)程度分類，將V風(fēng)險(xiǎn)集合與S評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)合得到R評(píng)價(jià)矩陣，R是可以描述軌道設(shè)備維修對(duì)象的功能結(jié)構(gòu)指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣；

其中上文分析出有五項(xiàng)總評(píng)價(jià)指標(biāo)，依次將其標(biāo)注為S1,S2,S3,S4,S5,將總評(píng)價(jià)指標(biāo)的元素集合定義為：S={S1,S2,S3,S4,S5},推導(dǎo)出具體子評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)定為Si={Si1,Si2,……Sin},n表示相應(yīng)的子評(píng)價(jià)指標(biāo)個(gè)數(shù)。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)集合是用來(lái)評(píng)價(jià)故障影響程度，本文將影響程度分為五級(jí)，設(shè)定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)集合為：V={V1,V2,V3,V4,V5},風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)則為Vi={Vi1,Vi2,Vi3,Vi4,Vi5}。

然后將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)集合劃分為均勻的5檔不同程度的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分類，將V風(fēng)險(xiǎn)集合與S評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)合得到R評(píng)價(jià)矩陣，R評(píng)價(jià)矩陣是可以描述25 Hz軌道電路設(shè)備維修功能結(jié)構(gòu)指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣：

綜上所述，得到25 Hz軌道電路維修方式數(shù)學(xué)模型的集合子評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)集為：

公式（1）

2.3 確定25 Hz軌道電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的維修策略

通過分析風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布和評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)先級(jí)的量化得到軌道變壓器故障維修策略的評(píng)價(jià)權(quán)重表如表2所示：

表2 軌道變壓器維修策略的評(píng)價(jià)權(quán)重表

根據(jù)25 Hz軌道電路運(yùn)用現(xiàn)狀，通過分析可以得到子評(píng)價(jià)集合的判定矩陣，注意的是特定的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)進(jìn)行評(píng)估，確認(rèn)有發(fā)生概率但在選取的故障數(shù)據(jù)中并未出現(xiàn)的，為客觀分析取0.1作為低概率事件。25 Hz軌道變壓器的判定矩陣如表3所示。

表3 25 Hz軌道變壓器的判定矩陣

用公式（1）運(yùn)算，可以得到各自評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)集。分別為：

通過運(yùn)算此處得到了維修對(duì)象軌道變壓器的子評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)集Bi后，就滿足進(jìn)行維修策略的決斷條件了。將得到的維修指標(biāo)最大值和最小值的平均數(shù)作為邏輯判斷的閾值，得到為0.23。見流程判定圖1中第一個(gè)流程判斷中取b1max、b2max中的最大值來(lái)判斷，是因?yàn)榘踩院涂煽啃允巧a(chǎn)中最為重要的兩個(gè)指標(biāo)，往往對(duì)生產(chǎn)具有嚴(yán)重影響，因此只要有其中有一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)超過閾值，那么設(shè)備或系統(tǒng)就不能采用事后維修方式。

綜上得到：b1max=0.24；b2max=0.26；b3max=0.24；b4max=0.28；b5max=0.36；結(jié)合圖1邏輯判斷圖定性和定量?jī)蓚€(gè)角度來(lái)選擇維修策略，判定流程邏輯如下：

（1）max(b1maxb2max)大于0.23判斷巡檢能發(fā)現(xiàn)且不影響系統(tǒng)運(yùn)行；

（2）max(b1maxb3max)大于0.23判斷故障對(duì)列車運(yùn)行影響比較大；

（3）b5max大于0.23判斷故障診斷能被監(jiān)測(cè)監(jiān)控；

（4）通過分析變壓器故障模式來(lái)判斷故障發(fā)生是否存在一定周期性規(guī)律，對(duì)變壓器故障主要有以下幾種情況：變壓器配線破皮造成開路或短路；變壓器變壓波動(dòng)；軌道電壓變壓失效等，取兩個(gè)自然年軌道電路變壓器故障事件進(jìn)行分析，沒有發(fā)現(xiàn)變壓器存在周期性故障現(xiàn)象，故障發(fā)生較多呈現(xiàn)不定期且隨機(jī)的現(xiàn)象。繼續(xù)拉長(zhǎng)取樣時(shí)間也無(wú)法證明存在周期性規(guī)律，因此判斷軌道電路變壓器的故障模式不存在周期性規(guī)律。

根據(jù)邏輯判定流程圖，25 Hz軌道電路中軌道變壓器子系統(tǒng)的維修方式應(yīng)該選擇運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

對(duì)維修策略進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)際分析軌道變壓器發(fā)生的故障類型，取兩個(gè)自然年36項(xiàng)軌道變壓器故障中33項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可以能夠被微機(jī)監(jiān)測(cè)所檢測(cè)，即為有預(yù)兆的故障，存在電壓電流曲線波動(dòng)等反饋。剩下的3項(xiàng)都是即時(shí)故障，為不可預(yù)兆突發(fā)性的故障，并且其中一項(xiàng)為其他部件故障后損壞導(dǎo)致的連鎖故障。占比達(dá)到91.7%認(rèn)為策略符合維修實(shí)際。

3 維修策略的優(yōu)化

對(duì)得到的決策模型進(jìn)行反向驗(yàn)證，較為符合實(shí)際的維修策略。從各方面也能滿足這一項(xiàng)維修方法的實(shí)現(xiàn)。但仍需要考慮的是，在不同的功能結(jié)構(gòu)需要選擇不同的閾值，維修部門應(yīng)該在實(shí)踐中研究并加以調(diào)整，去逐步得到較為完善正確的決策結(jié)果。

維修模式和系統(tǒng)功能并不是一成不變的，時(shí)代變化很快，因此對(duì)得到的決策結(jié)論加以優(yōu)化是必不可少的一部分。在上文故障分析流程中，本文已經(jīng)考慮過日常巡檢的可行性，但因?yàn)樵谲壍雷儔浩鞴收戏矫骈撝档脑O(shè)定，本文選擇了狀態(tài)監(jiān)測(cè)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，在日常巡檢中可以發(fā)現(xiàn)部分故障隱患，如螺絲松動(dòng)導(dǎo)致的電壓波動(dòng)，變壓器受潮或進(jìn)灰導(dǎo)致的電纜配線絕緣下降等；那么日常巡檢必然是有助于故障的防范，這里認(rèn)為安全角度上需要加上日常巡檢作業(yè)作為輔助預(yù)防性維修方法。