動車組行車關鍵配件全生命周期管理效果分析

李姝辰，陳國寶，周義萱3，，江昶霆，鄭 凱，任 爽

（1.北京交通大學 經濟管理學院，北京100044；2.中國鐵路上海局集團有限公司 物資處，上海 200040；3.北京印刷學院 經濟管理學院，北京 102600；4.北京交通大學 計算機與信息技術學院，北京 100044）

1 引言

截至2016年底，全國高速鐵路營業里程達到2.2萬km以上，完成旅客發送量14.43億人次（均占世界高鐵營業里程和旅客發送量60%以上）；累計安排開行動車組2 332.5對，占總旅客列車開行對數65.3%；動車組擁有量達到2 586標準組、20 688輛。伴隨著動車組的迅猛發展，動車組行車關鍵配件呈現出數量大與管理復雜的趨勢。

中國鐵路上海局集團有限公司（簡稱：上海局）已經開展應用二維碼對動車組行車關鍵配件全生命周期管理，對提升動車組行車關鍵配件管理質量起到了重要作用[1]。本文以上海動車段為例，以牽引電機、一系垂向減振器、抗蛇行減振器與車端減振器為動車組行車關鍵配件的典型研究對象，在文獻整理和現場調查的基礎上，應用流程分析法，歸納基于二維碼的動車組行車關鍵配件全生命周期管理特征；應用失效函數法，分析基于二維碼的動車組行車關鍵配件的安全監測效果，對提高動車組行車關鍵配件管理質量和管理效率提供決策支持。

2 研究綜述

既有成果集中于研究設計動車組行車關鍵配件管理系統方面，應用二維碼對動車組行車關鍵配件全生命周期管理的相關成果甚少。代表性的學者有管江旗等人。管江旗等[2]立足于CRH型動車組關鍵配件全生命周期跟蹤管理的實際需求，提出建立基于RFID的CRH型動車組關鍵配件全生命周期跟蹤系統。陳彥等[3]結合動車組檢修實際，梳理關鍵配件檢修追蹤信息以及檢修業務流程，在此基礎上設計系統架構和功能。

本文借鑒了失效函數的既有成果，其中楊紅雄等[4]分析了失效因子與質量保證的關系，基于個體失效模式、可靠性、隨機過程，構建了公路項目失效函數。Chulho Bae等[5]為提高城市交通的安全性，研究建立兼顧安全和成本的維修計劃，應用失效函數，在估計失效率和平均故障間隔時間的基礎上，給出了各部件的維修時間。

3 動車組行車關鍵配件全生命周期管理特征

根據動車組檢修作業相關規定，動車組運用年限約為20年，動車組檢修分為五個等級。其中，牽引電機、一系垂向減振器、抗蛇行減振器與車端減振器的一級和二級檢修作業為運用檢修，三級、四級、五級檢修作業為高級檢修。

如圖1所示，完成24次一級修后進入二級修；完成288次一級修和11次二級修后進入三級修，完成三級修后再次進入一級修和二級修；完成552次一級修、22次二級修和1次三級修后進入四級修，完成四級修后再次進入一級修和二級修；完成1 104次一級修、44次二級修、2次三級修和1次四級修后進入五級修，完成五級修后再次進入一級修和二級修，直至動車組全生命周期的20年。

圖1 動車組檢修作業周期與檢修作業次數示意圖

3.1 各級檢修作業流程分析

（1）一級修與二級修流程分析。如圖2所示，動車組一級與二級檢修作業過程中，如果無故障的行車關鍵配件更換，共計經過3個作業環節。僅經由動車運用所內部的檢修部門和調度部門。掃描二維碼次數為1次，用于動車組行車關鍵配件質量狀態信息記錄及檢查作業狀態信息記錄。

圖2 一級修與二級修流程分析示意圖

（2）三級修與四級修流程分析。如圖3所示，動車組三級與四級檢修作業過程中，共計經過17個作業環節。經由動車段內部的物資、檢修和修理3個部門，還需經由上海鐵路局物資處（局內1單位）和配件供應商（局外1企業）。掃描二維碼次數為9次，主要用于動車組行車關鍵配件質量狀態、故障配件更換狀態、配件采購與物流狀態等信息記錄，以及檢修作業的狀態確認。

（3）五級修流程分析。如圖4所示，動車組五級檢修作業過程中，共計經過5個作業環節。本單位僅經由動車運用所內部的調度部門，還需經由委托修理商（局外1企業）。掃描二維碼次數為4次，主要用于動車組行車關鍵配件質量狀態、配件檢修狀態的信息記錄及檢修作業的狀態確認。

圖3 三級修與四級修流程分析示意圖

圖4 五級修流程分析示意圖

3.2 全生命周期管理特點

（1）配件的唯一標識碼特點。應用二維碼的動車組行車關鍵配件全生命周期管理特點，見表1。應用二維碼，實現每個動車組行車關鍵配件的唯一標識，成為實現動車組行車關鍵配件全生命周期可追溯、可視化管理的前提。

在全生命周期管理的過程中，每個動車組行車關鍵配件總計掃描二維碼次數約1 919次。其中上海局動車運用所或動車段內參與部門類型1-3個，上海局內參與單位為物資處，上海局外參與企業類型2個。因此，要想保證動車組行車關鍵配件全生命周期信息的一貫標識，不僅需要保證每一次掃描二維碼信息的及時、準確，而且需要保證20年間，所有掃描二維碼信息的可讀、可保存、可查詢、可分析。

（2）多級、多周期與多單位復雜管理特點。基于二維碼的動車組行車關鍵配件全生命周期呈現出多級與多周期的管理特點，見表1。其中一級修至五級修為多次周期性循環，直至動車組全生命周期的20年。根據一級修至五級修的規定時間與里程，初步計算出一級檢修作業次數約1 800次，二級檢修作業次數約70次，三級檢修作業次數約3次，四級檢修作業次數約2次，五級檢修作業次數1次。

根據上述一級修至五級修的流程示意圖，可以整理出基于二維碼的動車組行車關鍵配件全生命周期呈現出多單位的復雜管理特點。在不同級別修程中，動車組行車關鍵配件的檢修項目參與單位類型、數量不盡相同。在一級和二級修程中，如果無故障配件更換，檢修參與單位僅為1個，檢修單位內部參與部門2個。其他級別的檢修作業，不僅要經由局內若干參與單位（物資處、動車段），還要經由局外若干參與企業（配件供應商、修理商）。

表1 動車組行車關鍵配件全生命周期管理特點

4 動車組行車關鍵配件安全質量管理效果

4.1 單個配件安全管理

在行車過程中，為了確保動車組行車關鍵配件的安全質量，首先應用失效函數法，繪制相應的失效函數圖像，具體分析過程如下：

通常用一個非負隨機變量X來描述產品的壽命，則X的相應分布函數為F(t)=P{X＜t}=1-e-(λt)α，可靠度函數為R(t)=P{X＞t}=1-e-(λt)α，失效率函數為。

當λ=1，α=3時，r(t)=3t2，失效函數圖像如圖5所示。

其次，根據上述失效函數圖像，對失效率r(t)關于時間t的函數求反函數，得到時間t關于失效率r(t)的函數。根據對應比例，將時間t與檢修次數n相聯系，得到檢修次數n關于失效率r(t)的函數圖像，提出基于二維碼的單個行車關鍵配件無故障情況下的重點監測區間，如圖6所示。

圖5 失效函數圖像示意圖

圖6 基于二維碼的單個配件安全監測示意圖

根據上述結果，一級修至三級修的檢修次數為299次，將單個行車關鍵配件失效率分為4級，分別標注綠色，黃色，橙色和紅色。當掃描二維碼次數分別達到149次，212次，259次和299次時，失效率分別為25%，50%，75%和100%。據此，可對行車中的單個配件安全進行全過程監測與重點監測。

4.2 所有配件安全管理

由圖7可知，同一種類的動車組行車關鍵配件在同一輛車上的安全質量狀態不同，而不同種類的動車組行車關鍵配件在同一輛車上的安全質量狀態更是不同。

以上海局每日開行動車組列車633對為例，在行車過程中，為了確保全局所有行車關鍵配件的安全質量，基于二維碼信息的可讀、可保存、可查詢、可分析等特點，將所有行車關鍵配件的安全質量分別標注為綠色，黃色，橙色和紅色。據此，可對全局所有行車關鍵配件的安全狀態進行全面實時監測與重點監測，如圖7所示。

圖7 基于二維碼的所有配件安全監測示意圖

5 建議

（1）通過二維碼監測維修次數，可以監測動車組行車關鍵配件的失效狀態，當其失效級別達到橙色和紅色（失效率分別為75%和100%），應當對此動車組行車關鍵配件給予高度關注，做好相應的檢修準備，從而對行車中配件的安全進行監測。

（2）某一動車組行車關鍵配件進行換裝后，其質量狀態和維修狀態發生改變，應當通過二維碼對動車組行車關鍵配件重新錄入質量狀態信息和維修狀態信息，避免與原有信息混淆，影響行車中配件的安全監測。

[1]王輝.應用信息化技術探索創新動車組配件物流管理新模式[J].鐵路采購與物流,2016,11(12):29-30.

[2]管江旗,賈志凱,張惟皎,劉丹鳳.基于RFID的CRH型動車組關鍵配件全生命周期跟蹤管理系統研究[J].鐵路計算機應用,2013,22(1):25-28.

[3]陳彥,李新全,李樊,王璞.基于換件修的動車組關鍵部件檢修追蹤系統研究[A].第十一屆中國智能交通年會大會論文集[C].2016.

[4]楊紅雄,梅智伶,楊紅澎.公路項目質量保證成本估算模型構建與運用[J].公路交通科技,2013,30(7):144-150.

[5]Chulho Bae,Taeyoon Koo,Youngtak Son,et al.A study on reliability centered maintenance planning of a standard electric motor unit subsystem using computational techniques[J].Journal of Mechanical Science and Technology,2009,(23):1 157-1 168.