基于層次分析法的養(yǎng)路機械維修影響因素分析

宋 奔

(廣西路橋工程集團有限公司,廣西 南寧 530200)

0 引言

一直以來,鐵路事業(yè)作為我國交通運輸?shù)闹鲗袠I(yè),掌握著國民經(jīng)濟的大動脈。而鐵路軌道作為鐵路線路的重要組成部分,會受到氣候環(huán)境及列車反復動載的影響,當其狀態(tài)發(fā)生改變,可能影響其使用壽命,因此需要采用合理的措施對其進行養(yǎng)護維修,以保障列車安全運行。而大型養(yǎng)路機械因具有智能化、自動化的優(yōu)點,符合鐵路事業(yè)的發(fā)展方向,逐漸成為鐵路軌道養(yǎng)護維修的主流方式,但仍然面臨著大量可能存在隱患的問題,對此許多學者進行了深入研究。徐濟松等[1]融合多源數(shù)據(jù)研發(fā)了大型機械施工時保障現(xiàn)場施工人員安全的預警系統(tǒng),通過現(xiàn)場試驗驗證了該方案的可行性。劉輝[2]針對大型養(yǎng)路機械在應急搶修施工過程中的困難問題,設計了一種可以模擬多種緊急工況的搶修演練系統(tǒng)。劉平[3]根據(jù)遺傳算法搜索確定了最優(yōu)化的養(yǎng)護維修作業(yè)方案,并將其運用于某鐵路的軌道高低不平順檢測,與傳統(tǒng)方法相比,其效率明顯提高,實現(xiàn)了維修計劃的自動編制。趙志剛等[4]針對東北和內蒙古東部地區(qū)鐵路網(wǎng)規(guī)格布局特性,將理論與實際相結合得到相應的大型機械養(yǎng)護維修需求,從而確定合適的檢修臺建設地址和規(guī)模。時瑾等[5]為提高大型機械養(yǎng)護維修工作針對有砟軌道進行搗鼓作業(yè)的質量,建立了相應的撥道方案優(yōu)化模型和效果評價標準,并在實際工程中驗證了該方法的有效性。牛懷軍等[6]針對大密度重載鐵路結合相應的理論方法,提出一種針對大型養(yǎng)路機械的相關設備和數(shù)量的優(yōu)化配置方案。本文針對大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修的作用效果,分析對其產(chǎn)生影響的各大因素,選用層次分析法對其進行層次化、條理化的劃分,確定其相應的權重,從而確定對大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修效果影響最大的因素。

1 層次分析法理論

隨著科學的發(fā)展和技術的進步,大型養(yǎng)路機械的應用也不斷增多。大量大型養(yǎng)路機械累積實際作業(yè)經(jīng)驗后,發(fā)現(xiàn)其維修質量的好壞與維修作業(yè)前設備自身狀態(tài)、既有線縱斷面的優(yōu)化設計、施工組織設計等多種因素有關。為提高大機作業(yè)的質量,本文選用層次分析法[7],將所有影響因素進行條理化、層次化、規(guī)范化的梳理,構造出相應的養(yǎng)路機械維修模型,并邀請200余名專家和相關從業(yè)者對每項因素進行評估,判斷其相對重要程度,對其進行一定處理后,得到相應影響因素的權重。

層次分析法需要根據(jù)分析決策的對象,制定相應的目標,明確需要考慮的影響因素,從而建立上、中、下3個層次的結構模型。

用Ui=(u1,u2,…,un)表示需要研究的各項影響因素,為避免定性研究的主觀影響,選擇建立相應的構造判斷矩陣A=(uij)n×n的方式進行,將各項影響因素的重要性進行兩兩比較,根據(jù)常見重要性比較語義,按照如表1所示的對照關系,按1～9標度將語義轉換為合理的數(shù)值標度。對于兩項影響因素ui和uj,矩陣A中的uij是指影響因素ui相對于影響因素uj的重要程度,則可知uji=1/uij。矩陣A如式(1)所示。

表1 判斷矩陣的語義轉換關系表

(1)

根據(jù)所得的構造判斷矩陣A,將其各行向量先采用方根法進行幾何平均,即將矩陣A中的元素每一行進行相乘,得到新的列向量,將列向量中每個元素開n次方,后采用歸一化處理,可得到各個影響因素的權重和相應的特征向量,如式(2)、式(3)所示。

(2)

(3)

為判斷根據(jù)上述方法得到的矩陣A的特征向量W的可信程度,需要對其進行一致性檢驗。根據(jù)式(4)求得相應的最大特征值λmax,再根據(jù)式(5)求得一致性指數(shù)CI,將CI與由表2查詢所得的RI進行對比,根據(jù)式(6)可以計算得到相應的CR值,當且僅當CR值<0.1時,認為上文構造的判斷矩陣A符合一致性要求,否則需要對矩陣A進行調整,直到所得CR<0.1為止。

表2 n階矩陣一致性指標RI值表

(4)

(5)

(6)

2 養(yǎng)路機械維修模型分析

分析研究使用大型養(yǎng)路機械對鐵路軌道進行養(yǎng)護維修的影響因素可知,其主要分為6個方面:

(1)既有線設備原始狀態(tài)。大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修前,檢測路段軌道、道岔及其他設備結構、幾何的原始狀態(tài)對養(yǎng)護維修作業(yè)的難易程度和作業(yè)效果都存在重要影響。

(2)既有線縱斷面優(yōu)化。鐵路軌道的縱斷面需要根據(jù)其實際工況,定期檢測其平順性情況,制定合理的養(yǎng)護維修方案,選擇進行起道整修或者大機搗固,養(yǎng)護維修全過程均需進行嚴格的質量控制,根據(jù)相應的技術交底文件,對該檢測段的縱斷面進行進一步的優(yōu)化設計與完善。

(3)作業(yè)施工組織安排。大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修時,若作業(yè)施工組織如作業(yè)流程、工作進度、工作天窗時間等安排合理,能夠大幅提高養(yǎng)護維修作業(yè)的效率和質量。

(4)大型機械原始狀態(tài)。養(yǎng)護維修作業(yè)不僅需要既有線狀態(tài)優(yōu)良,也需要大型機械本身的狀態(tài)能滿足要求。故在進行作業(yè)之前,應當對需要進行作業(yè)的大型設備提前進行調試工作,確保其能正常運行。同時需要制定相應的措施,對其進行日常保養(yǎng)維護。

(5)操作人員的技能水平。大型養(yǎng)路機械一般需要機組人員跟隨進行作業(yè),而其技能水平如對各種機械本身事務操作的熟練程度、對各種路段適用的操作方案判斷能力、出現(xiàn)緊急故障時應急水平等都會對養(yǎng)護維修工作造成影響,因此需要對相應的機組人員進行相關培訓,使其充分掌握機械操作技能,能熟練應對各項情況。

(6)各個部門對施工作業(yè)的配合程度。大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修工作涉及很多部門,如車務部門需要提前進行施工作業(yè)協(xié)調,交底施工時需要進行組織安排,施工作業(yè)結束后需要進行總結工作;工務部門需要事先進行施工準備,做好相關資料確認,平整道床,根據(jù)需要對護軌等設備進行拆除和恢復;電務部門根據(jù)需要對各類導線和連接線進行拆除和恢復;車輛部門需要對車輛進行相關設置和處理。各個部門及時完成分內工作,共同協(xié)調,才能盡可能減少意外事件的發(fā)生,高質量地完成養(yǎng)護維修工作。

這6個影響因素之間相互獨立又相互關聯(lián),部分與部門管理有關,部分與實際作業(yè)時的施工情況有關,但共同決定了大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修工作的最終成果。實際作業(yè)中,鐵路既有線的縱斷面優(yōu)化、既有線設備的原始狀態(tài)以及作業(yè)施工組織安排均由鐵路工務部門負責,大型機械的日常保養(yǎng)和原始狀態(tài)確認、操作人員的技能培訓和水平提升主要由檢修部門負責,而對施工作業(yè)的配合程度則涉及多個部門的協(xié)調工作。

結合上述實際工作情況與專家經(jīng)驗,可設置3個與大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修效果有關的方案:方案一,著重考慮鐵路既有線的縱斷面優(yōu)化、既有線設備的原始狀態(tài)以及作業(yè)施工組織安排的影響;方案二,著重考慮大型機械的日常保養(yǎng)和原始狀態(tài)確認、操作人員的技能培訓和水平提升的影響;方案三,著重考慮各部門施工作業(yè)配合程度的影響。據(jù)此,基于層次分析法建立相應的大型養(yǎng)路機械維修模型如圖1所示。

圖1 大型養(yǎng)路機械維修模型示意圖

3 最優(yōu)方案的確定

對于最大化改善大型養(yǎng)路機械維修效果這一決策目標A,將B層的6項影響因素兩兩進行重要程度的比較后根據(jù)上文所述的標度進行評價打分,綜合200余名專家的經(jīng)驗打分結果,得到相應的構造判斷矩陣A如下頁式(7)所示。以既有線設備的原始狀態(tài)與大型機械原始狀態(tài)為例,大部分專家認為,前者的重要程度略高于后者,故選定其標度為3,即a14=3,a41=1/3。

(7)

針對B層的6個影響因素,將C層3個方案對其的重要程度進行兩兩比較,得到6個矩陣B1～B6,如式(8)所示。以B1為例,針對既有線設備的原始狀態(tài)這一影響因素而言,專家評價均認為方案一重要程度高于方案二,故選定其標度為7,即b12=7,b21=1/7。

使用Matlab軟件計算上述矩陣A中各項影響因素B的權重值、特征向量及一致性檢驗結果如表3所示;對于矩陣B1～B6,各個方案的權重值、特征向量及一致性檢驗結果如表4所示。由表3、表4可知,各矩陣一致性檢驗均能滿足要求,根據(jù)權值計算結果,對3個方案的權值進行計算后結果如表5所示,方案一的總權重值為0.501 9,方案二的總權值為0.238 9,方案三的總權重值為0.296 4,故可認為方案一的重要程度最高,其次為方案二,最次為方案三。即大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修,應當首先對檢測段線路設備狀態(tài)的實際情況進行調查評判,選擇最適宜的養(yǎng)護維修方案,對其縱斷面進行合理優(yōu)化,加強施工作業(yè)的組織工作,以確保最后的養(yǎng)護維修施工效果。

表3 矩陣A各項影響因素權重及一致性檢驗結果表

表4 矩陣B1～B6各方案權重及一致性檢驗結果表

表5 影響因素指標權重表

(8)

4 結語

本文針對大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修的作用效果,分析對其產(chǎn)生影響的各大因素,為盡量避免主觀影響,將這些影響因素進行量化分析。選用層次分析法將相應的影響因素和作業(yè)方案進行層次化、條理化的劃分,根據(jù)200余名專家進行兩兩比較打分進行量化處理和數(shù)學運算后,得到如下結論:

(1)大型養(yǎng)路機械維修效果的影響因素有很多,由協(xié)調管理、施工操作等多方面組成,但主要可以分為既有線設備原始狀態(tài)、既有線縱斷面優(yōu)化、作業(yè)施工組織安排、大型機械原始狀態(tài)、操作人員的技能水平、各個部門對施工作業(yè)的配合程度等6個具體因素指標。

(2)使用上、中、下三層的層次分析法可以建立相應的大型養(yǎng)路機械維修模型,最頂層為模型目標,即改善大型養(yǎng)路機械維修效果的最優(yōu)決策;中間層為影響大型養(yǎng)路機械維修效果的6個主要因素;最底層是根據(jù)各項因素的實施部門制定的相應的優(yōu)化方案。

(3)各項影響因素指標和優(yōu)化方案分別進行兩兩比較和量化評分,采用方根法進行幾何平均得到相應的權重值、特征向量,并對其進行一致性檢驗,最后結果均符合一致性要求。方案一總權重值最大,即在進行大型養(yǎng)路機械養(yǎng)護維修時,應當首選考慮既有線設備原始狀態(tài)、既有線縱斷面優(yōu)化、作業(yè)施工組織安排這三項因素的影響。